Verbindungstechnik mt engineering gmbh: Volles Anziehdrehmoment heisst nicht volle Kraft

Autor / Redakteur: Martin Teichmann, geschäftsführender Gesellschafter bei mt engineering / Luca Meister

>> Konstruktionen werden immer grösseren und hochfrequenteren Schwingungen über lange Zeiträume ausgesetzt. Generell wird im Zeitalter des Leichtbaus mit Verbindungsstellen sparsamer umgegangen. Deshalb sind Tests für die Funktionstüchtigkeit der Verschraubungen unabdinglich. Die mt engineering gmbh verfügt in Kaiseraugst über ein Labor mit eigens entwickelten Prüfständen und Messsystemen, die auch zum Verkauf stehen.

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Ein mobiler Prüfstand (an einer Messe) von mt engineering. (Bild: mt engineering)
Ein mobiler Prüfstand (an einer Messe) von mt engineering. (Bild: mt engineering)

Ein klassisches, aber herausforderndes Fachgebiet der industriellen Verbindungstechnik ist das der Befestigungsschrauben. Dazu gehören sowohl metrische als auch gewindeformende Schrauben. Letztere formen sich das zugehörige Mutterngewinde selber – in Kunststoff oder Metall, von Stahlguss bis Stahl- oder Aluminiumblech. Art der Verschraubung hin oder her, die Verbindung muss im geplanten Rahmen verlässlich funktionieren.

Vorspannkraft abhängig von Reibung

Mit Hilfe einer Risikoanalyse werden Schraubverbindungen klassifiziert. Die kritischsten (Klasse A), die unmittelbar Leib und Leben betreffen bzw. die Funktion eines Geräts gewährleisten, sind genau zu untersuchen und zu dokumentieren, um bei Abweichungen frühzeitig in den Produktionsprozess korrigierend eingreifen zu können.

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Bei solchen Untersuchungen an Originalbauteilen werden Drehmomente und Vorspannkräfte über dem Drehwinkel oder der Zeit aufgenommen. In speziellen Fällen kann die Distanz oder der zurückgelegte Weg der Schraube eine weitere Testgrösse sein. Mittels dem Drehmoment wird nach der Schraubenkopfauflage (im Diagramm 1 bei Drehwinkel 20°) die Vorspannkraft erzeugt. Die erreichbare Vorspannkraft ist abhängig von der Reibung in den Kontaktzonen einer Schraube (im Diagramm eine M10). Diese M10-10.9 hat bis zum Schraubenbruch eine konstante Gesamtreibzahl von µges = 0,1.

Prozessfähigkeit: Beschichtung spielt entscheidende Rolle

Kontaktzonen gibt es in der Regel zwei: zum einen die Kopfauflage, zum anderen das Gewinde bzw. die Gewindeflächen. Die Reibung in diesen beiden Zonen wiederum ist hauptsächlich abhängig von der Rauheit, der Festigkeit, dem Material, der Kontaktgeometrie, der Schmierung und der Montagegeschwindigkeit. Beschichtungen dieser Kontaktzonen wie die klassischen (z.B. blau passiviert oder Zink-Lamelle) auf den Schrauben, aber auch diejenigen der Klemm- und Einschraubteile (z.B. pulverbeschichtet oder blanker Edelstahl) spielen eine entscheidende Rolle, ob die Schraubverbindung prozessfähig ist und ihre angedachte Funktion erfüllt.

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