Qualitätsvorgaben einhalten – Unsicherheiten ausschalten!
Die Schraubfallanalyse verschafft Sicherheit über korrekte Anzugsparameter.
Trotz größter Sorgfalt zeigt die Praxis, dass vermeintlich richtig eingesetzte Schraubenanzugsparameter Fehlverschraubungen produzieren können. Zahlreiche Rückrufaktionen, z. B. in der Automobilbranche, bestätigen dies. Schraubverbindungen, die sich lösen, Muttern oder Schrauben, die während der Montage überdrehen oder gar abreißen, Schrauben, die trotz vermeintlich richtiger Drehmomentwerte die Kopfauflage nicht erreichen: Sollten sich diese Arten von Fehlverschraubungen einschleichen, z. B. aufgrund unbekannter Toleranzen in Loch- und Schaftdurmesser, kann die Antwort bei der Suche nach Erklärung eine detaillierte Schraubfallanalyse beim Schraubspezialisten sein.
Die richtigen Schraubparameter finden
Eine große Anzahl von Schraubfallanalysen, praktiziert in einem Zeitraum von über 40 Jahren, bilden den Erfahrungsschatz der DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO., in dem sich fast jede Verschraubungsproblematik wieder findet. Im eigenen Schraubfallanalyse-Labor wird jeder Fall genau unter die Lupe genommen. Dabei dreht sich alles um die Fragen: Welches ist das ideale Drehmoment für die Verschraubung? Welche Drehzahl ist zu wählen? Was für ein Schraubwerkzeug erfüllt diese Aufgabe am besten? Wie erreicht man höchste Prozesssicherheit – zuverlässig wiederholbar? Aus den Ergebnissen von Schraubfallanalysen leiten sich individuelle Lösungsansätze ab. „Wir können unseren Kunden neben dem optimalen Anzugsverfahren auch das passende Werkzeug empfehlen“, erläutert DEPRAG Vertriebsleiter Jürgen Hierold.
Zerstören um das Überlastmoment zu ermitteln
Rudolf Schmidbauer, Anwendungstechniker, erklärt: „Um herauszufinden, wie ein Bauteil idealerweise verschraubt wird, muss ich es zerstören. Ich muss bewusst mit übergroßem Drehmoment einschrauben bis Schrauben oder Bauteile überlastet sind. Nur so lässt sich das Überlastmoment ermitteln.“ Zehn bis zwanzig Mal, abhängig von der Problematik, wird der Versuch wiederholt – immer mit Originalbauteilen. Jede Verschraubung wird graphisch aufgezeichnet und ausgewertet. Am Ende der Versuchsreihe steht nach genauer Analyse die Empfehlung über die notwendigen Schraubparameter und geeigneten Schraubwerkzeuge – dokumentiert, nachvollziehbar, wiederholbar.
Die Vorspannkraft
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 oder lösen können. Die dabei erzielte Kraft nennt sich Vorspannkraft. Einerseits muss die erreichte Vorspannkraft ausreichen, das Bauteil zusammenzuhalten, andererseits dürfen Schraube und Bauteil nicht durch Überbeanspruchung Schaden nehmen. Bei der Schraubenmontage muss dies berücksichtigt werden.
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.
Durch das Eindrehen der Schraube 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. Der Techniker im Labor kommt ihr auf die Spur, indem er die eingedrehte Schraube löst und danach wieder anzieht. Vergleicht er den Kurvenverlauf des Drehmoments beim ersten und zweiten Schraubvorgang, erkennt er mögliche Reibungsverluste.
Bei der Schraubfallanalyse werden auch mögliche Setzerscheinungen beim Schraubvorgang genau untersucht. 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. Da Setzerscheinungen auch erst nach Stunden oder Tagen auftreten können, wird die Schraube später nochmals nachgezogen. 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 Rudolf Schmidbauer.
Der passende Schraubprozess
Auch bei nicht ganz deckungsgleichen Bohrungen können Probleme auftreten. Zunächst muss viel Kraft aufgewendet werden, um z. B. 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 überdreht oder die zu verbindenden Bauteile verformt. Auch hier fördert die Schraubfallanalyse die Problematik zu Tage und legt prozesssichere Parameter und Sequenzen fest.
Ein weiteres Beispiel: Schrauben, die sich ihr Gewinde beim Schraubprozess selbst formen, unterliegen ähnlichen Gesetzmäßigkeiten. 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.
„Während ein Teil der Kunden sich erst an uns wendet, wenn Verschraubungsaufgaben Probleme bereiten, überprüfen andere Kunden bereits im Vorfeld ihr Produktdesign mit unserer Hilfe“, stellt Rudolf Schmidbauer fest. Bei der Schraubfallanalyse lässt sich bereits im Vorfeld ermitteln, welche Drehmomente nötig sind, um Bauteile prozesssicher zu montieren.
DEPRAG Vertriebsleiter Jürgen Hierold fasst zusammen: „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“.
Die DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. mit Stammsitz im bayerischen Amberg beschäftigt 600 Mitarbeiter in über 50 Ländern. Der Anbieter für Schraubtechnik und Automation, Druckluftmotoren und Druckluftwerkzeuge ist wegen seiner Vielseitigkeit ein gefragter Anbieter von kompletten Lösungen.
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