Das richtige Moment

In der Deprag-Schraubfallanalyse dreht sich alles um die Frage: Welches ist das ideale Drehmoment für die Verschraubung? Welche Drehzahl ist zu wählen? Was für ein Schraubwerkzeug erfüllt die Aufgabe am besten? Die verschiedenen Deprag-Schrauber, die für die Laborversuche verwendet werden, sind mit entsprechender Messelektronik ausgestattet und können den Schraubvorgang am Bildschirm graphisch darstellen. Anhand der aufgezeichneten Kurve kann der Schraubspezialist den Schraubfall genau begutachten. Zehn bis zwanzig Mal werden die Versuche wiederholt, stets mit Originalbauteilen. Am Ende der Versuchsreihe steht nach genauer Analyse die Empfehlung an den Hersteller, welche Schraubparameter und welches Schraubwerkzeug sich für die vorliegende Schraubaufgabe am besten eignen.

Auf die Verschraubung kommt es an

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. Aufgabe der Schraube ist dabei, die Bauteile so fest aneinanderzupressen, 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 dafür ausreichen, das Bauteil zusammenzuhalten, andererseits dürfen Schraube und Bauteil nicht durch Überbeanspruchung Schaden nehmen. 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 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 und vom 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. Anwendungstechniker bei Deprag forschen 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.

Überlastmoment zerstört Schrauben und Bauteile

Auch die Schraubenmontage eines Kühlschrankgehäuses hat ihre Tücken: Zwei Bleche sollen 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 übereinanderliegen, 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 und Schrauben oder die zu verbindenden Bauteile verformt werden. Auch hier hilft die Schraubfallanalyse, indem sie prozesssichere Parameter und Sequenzen festlegt.

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. pb