Schraubfallanalyse hilft bei der Suche nach dem richtigen Drehmoment

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Setzerscheinungen beim Schraubvorgang erforschen

Anwendungstechniker Rudolf Schmidbauer forscht auch nach Setzerscheinungen beim Schraubvorgang. Wird beispielsweise eine Dichtung aus Silikon mit vier Schrauben an einer Pumpe befestigt, so geht, selbst wenn das Anzugsdrehmoment eine hundertprozentige Vorspannkraft erwarten lässt, durch das „Setzen“ des Silikons Vorspannkraft verloren. Folge in der Praxis: die Pumpe ist undicht. Bei einer derartigen „weichen Verschraubung“ zieht der Techniker im Testlabor die Schraube zunächst bis zum ermittelten Anziehdrehmoment an. “Setzerscheinungen können während der Verschraubung selbst auftreten, nach Stunden oder erst nach mehreren Tagen“, erläutert Rudolf Schmidbauer. Nachdem eine gewisse Zeit vergangen ist, zieht er die Schraube deshalb nochmals nach. Das „Weiterdrehmoment“ gibt nun Aufschluss über Setzerscheinungen und ihre Auswirkung auf die Vorspannkraft. „In so einem Fall kann es sein, dass wir empfehlen, die Verschraubung in zwei Phasen vorzunehmen“, erklärt der Schraubexperte.

Schraubfallanalyse für prozesssichere Parameter

Bei der Schraubenmontage eines Kühlschrankgehäuses sollen zwei Bleche miteinander verschraubt werden, deren Bohrungen nicht ganz deckungsgleich sind. Zunächst muss viel Kraft aufgewendet werden, um die Bleche passgenau aufeinander zu platzieren, in der Endphase des Schraubprozesses, wenn die Bohrungen übereinander liegen, reicht jedoch ein niedrigeres Drehmoment für den Endanzug aus. Beim Verschrauben mit gleich bleibend hohem Drehmoment würde bei dieser Schraubaufgabe ungewollt das zerstörende Überlastmoment erreicht, Schrauben oder die zu verbindenden Bauteile verformt. Auch hier fördert die Schraubfallanalyse die Problematik zu Tage und legt prozesssichere Parameter und Sequenzen fest.

Optimale Anzugsverfahren für Gewindeformschrauben

Schrauben, die sich ihr Gewinde beim Schraubprozess selbst formen, unterliegen einer ähnlichen Gesetzmäßigkeit. Während des Formprozesses benötigt der Schraubfall ein hohes Drehmoment, nach Kopfauflage der Schraube eine andere Parametereinstellung. Wird das beim Verschrauben nicht berücksichtigt, misslingt die Schraubaufgabe, Bauteile und/oder Schraube werden zerstört, die gewünschte Vorspannkraft wird nicht erzielt. Die Schraubfallanalyse ermittelt hier das optimale Anzugsverfahren. Beispiel: Bei der Montage eines Lichtschalters aus Kunststoff werden zwei Gewindeformschrauben verwendet. Zunächst montiert der Druckluftschrauber der Baureihe Sensomat die Schrauben mit vollem Motormoment, erst kurz vor Kopfauflage der Schraube wird die Abschaltkupplung aktiviert und der intelligente Druckluftschrauber schaltet beim vorgesehenen Drehmoment exakt ab.

Zehn bis zwanzig bauteilzerstörende Versuche sind nötig

Ein weiterer Fall aus der Praxis: Ein Kunststoffgehäuse als Instrumentenanzeige im Auto soll montiert werden. Die Konstruktion besteht aus Rückwand, Leiterplatine, Frontrahmen und Display. Die Bauteile sind mit acht Schrauben zu verbinden. Den Kunden interessiert: Welche Drehmomente brauche ich, um die Bauteile prozesssicher zu montieren? Darüber hinaus will er die Funktionssicherheit seiner Konstruktion hinterfragen. Im Auto eingebaut darf die Instrumentenanzeige nicht klappern. Im Prüflabor finden sich nun kistenweise Bauteile für das Kunststoffgehäuse. Für die Analyse im Schraublabor sind schließlich zehn bis zwanzig bauteilzerstörende Versuche nötig, um das richtige Anzugsverfahren zu erforschen. Rudolf Schmidbauer nummeriert und beschriftet an einem der Bauteile die zu untersuchenden Verschraubungen und fotografiert das Kunststoffgehäuse für die Dokumentation der Schraubfallanalyse, die später der Kunde ausgehändigt bekommt. Dann wählt er einen geeigneten Schrauber aus, in diesem Fall einen handgeführten Druckluftschrauber. Die verwendeten Schrauben müssen ebenfalls Originalstücke sein. Es sind selbst formende Schrauben in Kunststoff 3,5 x 14 TXP 15.

Unterschiedliche Anzugsdrehmomente

Jede Verschraubung wird mit einem Graphen aufgezeichnet und ausgewertet. Rudolf Schmidbauer macht in seiner Versuchsreihe eine unerwartete Entdeckung: Obwohl gleiche Schrauben und Materialien verwendet werden, ist das Ergebnis unterschiedlich. Die vier äußeren Schrauben, die nach Einlegen der Platine den Frontrahmen an der Rückwand verschrauben, erreichen das Anzugsdrehmoment bei 1,10 Nm bis 1,38 Nm. Die vier weiteren Schrauben, die das Display befestigen, benötigen weniger, nämlich 0,96 Nm bis 1,16 Nm, um die optimale Vorspannkraft zu erzielen. Sollen beide Anwendungen mit einem Schrauber ausgeführt werden, empfiehlt sich als Alternative 1,10 Nm für beide Verschraubungen aufzubringen. „Die Schraubfallanalyse eignet sich als wirtschaftliche Lösung, wenn bei der Montage Probleme mit Verschraubungen entstehen. Darüber hinaus bietet sie bei relativ geringem Einsatz von Zeit und Kapital die bestmögliche Auswahl von Schraubparametern und der geeigneten Schraubwerkzeuge,“ fasst Jürgen Hierold, Vertriebsleiter bei Deprag, zusammen. (jus)

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