Groß und gut verschraubt

Verbindungstechnik

Schraubenprüfstand – Die Qualität einer Schraubverbindung hängt ab von zahlreichen Parametern. Erstmals wird jetzt das Verhalten der Reibungszahl bei größeren Schraubendimensionen untersucht.

27. Mai 2010

Die Wunscheigenschaften einer Schraubverbindung sind eindeutig: Sie soll sicher und zuverlässig klemmen, lösbar sein – aber bitte nur auf Wunsch – und dabei mehrfach oder sogar für unbestimmte Zeit zu verwenden sein. Um dies zu erreichen, müssen die Schrauben durch das Anziehen die konstruktiv bestimmte Klemmkraft erreichen. Welches Anzugsdrehmoment aufgebracht werden muss, um die erforderlich Klemmkraft zu erreichen, hängt wiederum von der Reibung ab, die mit der Reibungszahl ausgedrückt wird. Die richtige Lösung liegt in einer Spezifikation der Reibungszahl, die je nach Branche und Anwendung zwischen 0,08 und 0,16 liegen kann. Die prozessbedingten Streuungen in der Produktion erfordern jedoch eine Spanne von mindestens 0,06 (z.B. 0,08 bis 0,14). Im Bereich der kleineren Schraubendimensionen (M5 bis M24 ) sind diese Erkenntnisse ausreichend untersucht und gesichert.

Bei größeren Dimensionen gab es bisher keine grundlegenden Untersuchungen über das Verhalten der Reibungszahl, was zum Teil auch an den nicht verfügbaren Messeinrichtungen lag. Seit Mitte 2009 gibt es bei dem Mannheimer Schraubenspezialisten Berrang einen Prüfstand, mit dem sich Klemmkräfte bis 2.500 kN und Anzugsdrehmomente bis 25.000 Nm messen lasen, was Schrauben der Dimension M64 und der Festigkeitsklasse 10.9 entspricht.

Integrierte Parameter

In Absprache mit namhaften Herstellern von Baumaschinen und Windkraftanlagen konzipierte Berrang eine Untersuchung, die dazu gesicherte Erkenntnisse liefern soll. Zusätzlich ist dieses Thema auch Gegenstand einer Diplomarbeit. Die Versuche erstrecken sich auf Sechskantschrauben der Festigkeitsklassen 10.9 und den Dimensionen M36, M45, M48. Die Reibzahl beeinflussende Parameter, also Oberflächenbehandlung, Schmierzustand, Anzugsgeschwindigkeit, kontinuierlicher oder stufenweiser Anzug, Anzahl der Montage/Demontage wurden mit den am Markt üblichen Produkten und Systemen in die Versuchsreihe integriert. Die bisherigen Versuche ergaben folgende Erkenntnisse: Die Oberflächenbehandlungen feuerverzinkt, galvanisch verzinkt und Zinklamellenbeschichtung haben wie vermutet großen Einfluss auf die Reibzahl. Der Schmierzustand ist von erheblichem Einfluss auf die Reibzahl. Viele der üblich verfügbaren Produkte sind von geringer und nicht kontrollierbarer Wirksamkeit.

Die Anzugsgeschwindigkeit ist im Rahmen der in Versuchsreihe angewandten Drehzahlen von 3 bis 6 U/min. von geringem Einfluss. In der Praxis dürften auch kaum höhere Drehzahlen realisierbar sein. Ob kontinuierlicher oder stufenweiser Anzug, dies hatte auf die Messergebnisse keinen Einfluss. Die Anzahl der Montagen/Demontagen ist bedeutsam für die Reibzahl. So stellten die Berrang-Mitarbeiter in Abhängigkeit von der Härte der Auflagen und der Wirksamkeit der Schmiermittel bei diesen Dimensionen mit zunehmender Anzahl der Montagen/Demontagen einen Anstieg der Reibzahl fest. Die bisher vorliegenden Erkenntnisse zeigen, dass aber noch weitere Untersuchungen erforderlich sind um die jeweiligen Einflüsse und deren Interaktionen zu untersuchen.

Rudi Linhardt, Berrang GmbH/aru

Erschienen in Ausgabe: 03/2010