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Schraubverbindungen

Schraubfallanalyse bringt Prozesssicherheit im Montageverfahren

| Redakteur: Jan Vollmuth

Die Wahl des passenden Schraubwerkzeugs für die richtige Anwendung spielt neben der Schulung des Personals und der Verwendung hochwertiger Materialien die Hauptrolle, um die Prozesssicherheit im Montageverfahren zu gewährleisten.

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Ein Anwendungstechniker von Deprag führt eine Schraubfallanalyse durch und ermittelt auf diese Weise, wie ein Bauteil idealerweise verschraubt wird.
Ein Anwendungstechniker von Deprag führt eine Schraubfallanalyse durch und ermittelt auf diese Weise, wie ein Bauteil idealerweise verschraubt wird.
(Bild: Deprag)

Eine Schraubaufgabe lässt sich nur prozesssicher ausführen, wenn mit hochgenauen Schraubwerkzeugen gearbeitet wird und der Schrauber optimal zur Anwendung passt. Dem liegen verschiedenste Auswahlkriterien zugrunde: von Flexibilität über Prozesssicherheit bis hin zu Drehmomentgenauigkeit, Betriebsdatenerfassung, Dokumentationspflicht, Investitionsbedarf, Betriebskosten, etc. Mit einer Schraubfallanalyse, wie sie bei dem Spezialisten für Schraubtechnik und Automation Deprag durchgeführt werden, lassen sich die notwendigen Anzugsparameter und Lösungsansätze erfahren. Im Fokus stehen das ideale Drehmoment, die zu wählende Drehzahl und das passende Schraubwerkzeug für die jeweilige Anwendung.

Das Bauteil muss zur Analyse zerstört werden

Tobias Dirrigl, Anwendungstechniker bei Deprag: „Um herauszufinden, wie ein Bauteil idealerweise verschraubt wird, muss es zerstört werden. Wir schrauben bewusst mit übergroßem Drehmoment ein, bis Schrauben oder Bauteile zu Bruch gehen. Nur so lässt sich das Überlastmoment ermitteln.“ Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis ein zuverlässiges Ergebnis vorliegt.

Die Wahl des passenden Schraubwerkzeugs spielt neben der Schulung des Personals und der Verwendung hochwertiger Materialien die Hauptrolle, um die Prozesssicherheit im Montageverfahren zu gewährleisten.
Die Wahl des passenden Schraubwerkzeugs spielt neben der Schulung des Personals und der Verwendung hochwertiger Materialien die Hauptrolle, um die Prozesssicherheit im Montageverfahren zu gewährleisten.
(Bild: Deprag)

Beim Eindrehen der Schraube entsteht Reibung, die von der Geometrie des Verbindungselements aber auch vom Material des Bauteils abhängt. Sie verändert die Beziehung zwischen Drehmoment und erreichter Vorspannkraft und ist eine der großen Unbekannten beim Festlegung geeigneter Anzugsparameter. Durch Lösen und erneutes Anziehen der eingedrehten Schraube und anschließendem Vergleich des Drehmoments beim ersten und zweiten Schraubvorgang, lassen sich mögliche Reibungsverluste erkennen.

Analyse gibt Aufschluss über Setzerscheinungen

Auch Setzerscheinungen werden ermittelt, die zum Beispiel auftreten, wenn ein Motor über eine Silikondichtung an die Pumpeneinheit montiert wird. Selbst wenn das Anzugsdrehmoment so ausgelegt wurde, dass die notwendige Vorspannkraft erreicht wird, geht diese durch das „Setzen“ des Silikons nach und nach verloren. Die Folge: die Pumpe ist undicht. Bei einer derartigen „weichen Verbindung“ zieht der Techniker im Testlabor die Schraube zunächst bis zum ermittelten Anzugsdrehmoment an und nach einer gewissen Zeit erneut nach. Das „Weiterdrehmoment“ gibt nun Aufschluss über Setzerscheinungen und ihre Auswirkung auf die Vorspannkraft. In solchen Fällen wird empfohlen, die Verschraubung in zwei Phasen vorzunehmen.

Weitere anwendungsspezifische Besonderheiten: Werden z.B. zwei Bleche miteinander verschraubt, deren Bohrungen nicht deckungsgleich sind, wird zunächst ein hohes Drehmoment benötigt, um die Bleche passgenau aufeinander zu bewegen. Liegen die Bohrungen zum Ende des Schraubprozesses übereinander, reicht ein niedriges Drehmoment für den Endanzug aus. Beim Verschrauben mit gleichbleibend hohem Drehmoment würde bei dieser Schraubaufgabe ungewollt das zerstörende Überlastmoment erreicht, Schrauben oder Bauteile verformt werden. Mittels Schraubfallanalyse lassen sich auch für diese Problematik prozesssichere Parameter und Sequenzen bestimmen.

Adaptives Schraubverfahren schafft Abhilfe

Auch bei der Auswahl des optimalen Anzugsverfahrens ist die Schraubfallanalyse von Bedeutung: Bei der Direktverschraubung von Metall- oder Kunststoffbauteilen mit gewindeformenden oder -schneidenden Schrauben können variierende Eindrehmomente auftreten. Die Verwendung eines drehmomentgesteuerten Anzugsverfahrens führt dann auch bei höchster Abschaltgenauigkeit zu Schwankungen in der resultierenden Vorspannkraft. Dem entgegen wirkt das adaptive Schraubverfahren Deprag Clamp Force Control (CFC), indem es den Drehmomentverlauf während des Eindrehprozesses auswertet und den Zeitpunkt der Kopfauflage erkennt. Ein Differenzmoment (oder Differenzwinkel) ausgehend von der Kopfauflage erlaubt eine deutlich bessere Konstanz der Vorspannkraft.

Am Ende umfassender Versuchsreihen steht die Empfehlung für den Hersteller, welche Schraubparameter und welches Schraubwerkzeug sich am besten für die Anwendung eignen. Neben den Einbauschraubern für Industrieanlagen, liegt ein Schwerpunkt auf den Handschraubern für die industrielle Serienproduktion. Die Schrauber lassen sich mit Deprag-Messtechnik kombinieren oder mit Schraubenzuführsystemen der Deprag ergänzen. Tobias Dirrigl ist sicher: „Für jeden Schraubfall finden wir die passende Lösung.“ (jv)

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