Schraube Schraubfallanalyse hilft bei der Suche nach dem richtigen Drehmoment

Bei einer Verschraubung dreht sich alles um das richtige Drehmoment. Eine Schraubfallanalyse kann hier Sicherheit über konkrete Anzugsparameter geben. Deprag unterstützt die Anwender dabei im hauseigenen Labor.

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DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO.

PFLITSCH GmbH & Co. KG

Actronic-Solutions GmbH

Rudolf Schmidbauer, Anwendungstechniker bei Deprag, hält in dem Schraubfallanalyse-Labor von Deprag Schulz drei Kunststoffteile eines Lippenpflegestifts in der Hand: das Gehäuse, den Kolben und die Drehspindel. In der Montage wird zunächst der Kolben in das Gehäuse eingeführt. Beim zweiten Schritt wird die Spindel in die vorgegebene Gewindebohrung im Kolben geschraubt bis die Schnappverbindung zum Gehäuse schließt. Gleichzeitig wird dabei der Kolben in die tiefste Position im Gehäuse geführt. Doch hierbei treten immer wieder Probleme auf, die nun in der Schraubfallanalyse unter die Lupe genommen werden.

Bewusst mit übergroßem Drehmoment einschrauben

Dabei dreht sich alles um die Frage: Welches ist das ideale Drehmoment für die Verschraubung der Kunststoffspindel in den Kolben? Und welche Drehzahl ist zu wählen? Was für ein Schraubwerkzeug erfüllt die Aufgabe am besten? Rudolf Schmidbauer erklärt: „Um herauszufinden, wie ein Bauteil idealerweise verschraubt wird, muss ich es zerstören. Ich muss bewusst mit übergroßem Drehmoment einschrauben bis Schrauben oder Bauteile kaputt gehen. Nur so lässt sich das Überlastmoment ermitteln“.

Die verschiedenen Schrauber, die für die Laborversuche verwendet werden, sind mit entsprechender Messelektronik ausgestattet und somit in der Lage, den Schraubvorgang am Bildschirm graphisch darzustellen. Anhand der aufgezeichneten Kurve kann der Schraubspezialist den Schraubfall genau begutachten. Zehn bis zwanzig Mal wird der Versuch nun wiederholt, immer mit Originalbauteilen. Am Ende der Versuchsreihe steht nach genauer Analyse die Empfehlung für den Hersteller, welche Schraubparameter und welches Schraubwerkzeug sich für die vorliegende Schraubaufgabe am besten eignet.

Was macht eigentlich die Problematik bei Schraubverbindungen aus?

In der Welt der Technik ist die Verschraubung das einzige wieder umkehrbare Verfahren, Bauteile in der Montage zu verbinden. Nach der Verschraubung verhalten sie sich wie ein einziges Teil, das höchsten Beanspruchungen Stand hält. Die Aufgabe der Schraube ist dabei, die Bauteile so fest aneinander zu pressen, dass äußere Kräfte sie nicht verrücken können. Die dabei erzielte Kraft nennt sich Vorspannkraft. Die Schraubenmontage muss im Bereich dieser Toleranzen bleiben: Einerseits muss die erreichte Vorspannkraft ausreichen, das Bauteil zusammenzuhalten, andererseits dürfen Schraube und Bauteil nicht durch Überbeanspruchung Schaden nehmen.

Drehmoment ist die bestimmende Prozessgröße in der Verschraubung

Doch direkte Methoden, die erzielte Vorspannkraft zu messen, sind für die Serienfertigung nicht geeignet. Daher muss sich die Branche auf indirekte Messmittel in der Schraubenmontage stützen. So gilt das Drehmoment als die bestimmende Prozessgröße in der Verschraubung, denn es verhält sich weitgehend proportional zur Vorspannkraft. Auch der Drehwinkel wird zur Ermittlung der tatsächlich erzielten Vorspannkraft mit herangezogen. Wird die Schraube eingedreht, entsteht Reibung, die von der Geometrie der Schraube aber auch dem Material des Bauteils abhängt. Die Reibung verändert die Beziehung zwischen Drehmoment und erreichter Vorspannkraft. Sie ist eine der großen Unbekannten bei der Festlegung der Anzugsparameter. Die Reibung kann erkennbar werden, indem der Techniker im Labor die eingedrehte Schraube löst und danach wieder anzieht. Vergleicht er den Kurvenverlauf des Drehmoments beim ersten und zweiten Schraubvorgang, erkennt er mögliche Reibungsverluste.

Teil 2: Setzerscheinungen beim Schraubvorgang untersuchen

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