Brütsch/Ruegger: Lernen, richtig zu schrauben Ganzheitlich zu sicheren Schraubverbindungen

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Eine prozesssichere Schraubverbindung ist zum einen für den wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens entscheidend, verhindert zum anderen auch Schäden an Leib, Leben und Umwelt. Vermeintlich einfach, birgt eine Schraubenverbindung jedoch zahlreiche Risiken.

Vielerorts herrscht die Meinung vor, dass eine Schraubverbindung ein relativ einfaches Fügeverfahren sei. Mit einem Minimum an Mitarbeiterqualifikation, Werkzeug- und Prüfmitteleinsatz sei die Schraubverbindung zu bewältigen. Genügend Fälle von Produktrückrufen oder Unfällen, bedingt durch ein Versagen einer Schraubverbindung, zeugen von einer anderen Realität. Zugegebenermassen sind dies die bekannten Ereignisse. Täglicher Nacharbeitsaufwand in der Serienmontage und damit entscheidende Produktivitätsverluste sind noch nicht berücksichtigt. Eine Vielzahl von Normen und Richtlinien geben Standards in der Schraubtechnik vor und bilden den derzeitigen Stand der Technik ab. Die Richtlinie VDI/VDE 2862-2 des Verein Deutscher Ingenieure e.V. gibt umfassende Hilfestellungen beim Aufbau einer sicheren internen Schraubmontage im allgemeinen Maschinenbau.

Umfassend optimieren

Neben Hinweisen zur Risikoklassifizierung von Schraubverbindungen sowie zum Werkzeug- und Messmitteleinsatz werden insbesondere zwei weitere essenzielle Punkte beschrieben. Das betrifft die Notwendigkeit von Mitarbeiterqualifikation sowie eine stichprobenartige Prozessprüfung an der Schraubverbindung. Das bedeutet konkret, dass das Personal entsprechend für seine Tätigkeiten im Schraubprozess qualifiziert sein muss und dass Schraubverbindungen nach dem reinen Verschraubungsvorgang überprüft werden sollen, um mögliche negative Prozesseinflüsse zu entdecken und damit zu verhindern, dass ein fehlerhaftes Bauteil zum Kunden gelangt. Die Hoffnung, dass jeder schrauben kann, ist weitverbreitet, auch wenn es sich immer wieder als Vorurteil entpuppt. Oft hat man sich daran gewöhnt, dass sich Schrauben an Produkten mit der Zeit lösen. «Das ist schon immer so» oder «Das haben wir immer so gemacht» sind meistgehörte Standardantworten in Beratungsgesprächen. Allerdings fordern neben dem Produkthaftungsgesetz auch die bekannten Normen aus dem Qualitätsmanagement, unter anderen die ISO 9001, ISO/TS 22163 und EN 9100, lange schon ausgebildetes Personal. Aber auch noch im Jahr 2020 mangelt es daran, dies zu verwirklichen. Erst beim Eintritt eines kostenintensiven Schadensfalls hört man die Aussage «Das hätte man verhindern können!».

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Mitarbeiter qualifizieren

Mit qualifiziertem Personal in der Schraubmontage und dem Nutzen umfassender Qualifikation lässt sich die Situation deutlich verbessern. Seit dem Jahr 2018 gibt die Richtlinie VDI/VDE 2637-1 erstmalig konkrete Empfehlungen. In insgesamt 52 Qualifikationsbausteinen werden Fähigkeiten beschrieben, die alle Personen, die sich direkt oder indirekt mit der Schraubtechnik befassen, zum einen kennen, können, aber auch beherrschen sollen. Für interne Ausbildungsabteilungen und für externe Lerndienstleister bietet das Blatt 2 der VDI/VDE 2637 klare Handlungsempfehlungen, die geforderten Fähigkeiten an das Personal professionell zu vermitteln. Auch künftig ist der Mensch als ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Qualität und damit auf den langfristigen Unternehmenserfolg anzusehen. Daher arbeitet auch die International Organization for Standardization (ISO) folgerichtig aktuell an internationalen Normen in der Personenqualifikation im Bereich des mechanischen Fügens. Neben der Qualifikation verlangt die VDI/VDE 2862-2 nach regelmässigen Untersuchungen des gesamten Schraubprozesses. Das hat mehrere Gründe. Die wesentlichen Einflussfaktoren auf eine sichere Schraubverbindung sind die sogenannten 5 M – Mensch, Maschine, Material, Methode und Mitwelt. Oft fokussieren sich die Anwender lediglich auf eine wiederkehrende Überprüfung ihrer eingesetzten Werkzeuge (Maschine), in der Annahme, dass der gesamte Schraubprozess dann stabil bleibt. Dem ist leider nicht so, insbesondere, wenn man sich vor Augen hält, dass in den meisten Fällen die korrekte Vorspannung in der Verbindung das eigentliche Ziel eines Schraubenanzugs ist.

Geprüfte Prozesse

Diese Vorspannung wird aber wesentlich durch Faktoren wie Reibung, Anzugsverfahren, Werkstoff und Bauteiltoleranzen bestimmt. Beim Auslegen einer Schraubverbindung, zum Beispiel nach VDI 2230, wird häufig nur ein Ziel-Drehmomentwert vorgegeben, der in die Verbindung eingebracht werden soll. Diese technisch einfach handhabbare Hilfsgrösse kann bei gleichbleibenden Einflussfaktoren zu nahezu konstanten Vorspannkräften führen. An dieser Annahme orientieren sich die Daten in geläufigen Tabellenbüchern beispielsweise von Schraubenherstellern. Dies entbindet aber weder die Konstruktion noch die Qualitätssicherung von der Pflicht, nachzuprüfen, ob angenommene Werte und Einflussfaktoren in der Serienmontage tatsächlich erreicht werden. Eine Prozessprüfung, wie in den Richtlinien gefordert, würde den Unternehmen Sicherheit geben, wird jedoch in Unternehmen oft noch nicht praktiziert.

Prüfen unerlässlich

Zum Prüfen von Schraubprozessen werden unterschiedliche Verfahren empfohlen. Die Richtlinie VDI/VDE 2645-3 enthält konkrete Aussagen über mögliche Methoden, Messmittel und Dokumentation. Ein bewährtes Verfahren ist beispielsweise das Ermitteln des sogenannten Weiterdrehmoments. Dazu wird mit einem geeigneten digitalen Drehmoment-Drehwinkelschlüssel der Drehmomentwert auf einer bereits verschraubten Verbindung ermittelt, den das Messgerät nach einem «Weiterdrehen» um wenige Winkelgrade zeigt. Ist das ermittelte Drehmoment nach der Montage in der Produktion über einen gewissen Zeitraum hinweg gleich einem vorher in Versuchen definierten Referenzwerts, geht man davon aus, dass die Schraubverbindung auch nach einem beliebig definierten Zeitraum noch über die notwendige Klemmkraft verfügt. In vielen Fällen ist damit eine zerstörungsfreie Prüfung am Bauteil möglich. Bei mit Klebstoffen gesicherten Verbindungen wird die Stichprobe mit diesem Verfahren zerstört. Dennoch gilt die Nachweispflicht, ob die so ausgelegte Schraubverbindung halten wird. Messmittel auf dem Stand der Technik für solche Weiterzugsprüfungen sind heute relativ günstig zu beschaffen und einfach vom Prüfer einzusetzen. Mit entsprechenden Sensoren und Algorithmen werten die Messgeräte die Messungen präzise und schnell aus und bieten problemlos Anbindungen an unterschiedliche Qualitätssoftwares.

Gesamtheitlich im Unternehmen betrachten

Für Unternehmen ist es unverzichtbar, sich stets mit dem Gesamtkontext Schraubmontage auseinanderzusetzen. Nur eine klare Qualitätsstrategie und eine Standardisierung der Prozesse wird zu nachhaltigen Kosteneinsparungen und zur Qualitätssteigerung führen. Es muss klar sein, was überhaupt von der Schraubenverbindung und der Produktqualität letztendlich erwartet wird. Hilfreich ist der rege Austausch zwischen internen und externen Fachleuten aus Konstruktion, Produktion und Qualitätssicherung sowie das Sammeln und Nutzen von Daten und Erfahrung. Denn gerade dieses spezielle Gebiet der Schraubmontage bietet signifikantes Differenzierungspotenzial in stark umkämpften, globalen Märkten, das nur durch qualifiziertes und motiviertes Personal gehoben werden kann. Gemeinsam mit exzellenten Partnern wie SCS Concept Group bietet Brütsch/Rüegger Tools seinen Kunden ein umfängliches Produkt- und Dienstleistungsportfolio zu diesen Themen. - kmu - SMM

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