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Schraubfallanalyse

Die Schraubfallanalyse hat die Aufgabe herauszufinden, wie der Schraubprozess gestaltet werden muss, um eine erforderliche Vorspannkraft in der Schraubverbindung zu erreichen und welche Schraubwerkzeuge für die Aufgabe am besten geeignet sind.

Berücksichtigt werden dabei alle relevanten Einflussgrößen und Parameter:

  • Schraube und Gegengewinde (Gewicht, Form, Gewinde, Kopf, Kraftübertragung)
  • Materialien (hart, weich, Verformung, Reibung im Gewinde und unter Kopf, Setzeigenschaften etc.)
  • Schraubverfahren (Drehmoment, Drehwinkel, Kombiniert, Streckgrenzverfahren etc.)
  • Drehzahl
  • Genauigkeitsanforderungen, Präzision, Bruchgrenzen, Überlasten

Reibungsermittlung:

Bei jedem Einschraubvorgang entsteht Reibung, die von der Geometrie des Gewindes, von den Toleranzen der Schraube und auch vom Material des Bauteiles abhängt. Die Überwindung dieser Reibung beansprucht einen Teil des Drehmomentes welches eigentlich aufgebracht wird um eine bestimmte Vorspannkraft in der Verschraubung zu erzielen. Eigentlich müsste also dieser durch Reibung verlorene Drehmomentanteil zum Zieldrehmoment hinzu addiert werden. Leider ist er allerdings nur sehr schwer zu bestimmen und schwankt überdies von Verschraubung zu Verschraubung.

Bei der Schraubfallanalyse grenzt man die vorliegenden Toleranzbereiche ein indem man Schrauben mehrfach auf Zieldrehmoment anzieht und dann wieder löst. Die Differenz zwischen erster Schraubkurve und späterer Schraubkurve gibt einen ersten Wert für die Drehmomentverfälschung durch Reibung , weil sich diese Reibung bei jedem Einschraubvorgang reduziert.

Mit dem gleichen Verfahren (Verschraubung von einer großen Zahl von Schrauben / Bauteilpaarungen und Erfassung der Drehmomentwerte) werden auch die vorliegenden Schrauben- und Bauteiltoleranzen (bzw. deren Effekt auf die Schraubkurve) eingegrenzt.

Setzerscheinungen

Ein weiteres Ziel der Schraubfallanalyse ist die Erforschung von Setzerscheinungen.

Immer dann wenn an der Verschraubung „weiche“ Elemente (mehrere Bleche übereinander, Dichtungen, Sicherungsscheiben, Unterlegscheiben beteiligt sind kommt es zu Setzerscheinungen. Die beteiligten Materialen reagieren auf eine aufgebrachte Vorspannkraft nicht unmittelbar sondern zeitverzögert. Die Bauteile rücken dabei enger aneinander oder verformen sich gar plastisch. Die Folge ist ein zeitversetzter Verlust an Vorspannkraft, der sogar zu einem Lösen der Verbindung führen kann oder zu Undichtigkeiten zum Beispiel bei Behälterverschraubungen die Medien enthalten.

Die Vorgehensweise zur Ermittlung dieser Setzverluste besteht in Zyklen des Schraubenanziehens und Weiterdrehens nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne. Aus dem sogenannten Weiterdrehmoment kann man auf die Größe der Setzverluste schließen und diese evtl. additiv dem ersten Anzugsmoment mitgeben. Dies geht natürlich nur wenn die Schraubpaarung von Anfang überdimensioniert ausgelegt wurde. In allen anderen Fällen empfehlen wir die Setzeigenschaften bereits in den Schraubvorgang zu verlagern. Hierzu hat Likratec eine ganze Reihe von Maßnahmen und Geräten entwickelt.

Eine weitere Störungsquelle sind Verschraubungen mit nicht ganzdeckungsgleichen Lochbildern. Hier muss Kraft aufgewendet werden um gegen bestehende Bauteilspannungen (meist Bleche) die Lochbilder während des Verschraubens in Deckung zu bringen. Auch hier tritt wieder erhöhte Reibung an den Gewindeflanken auf welche gerade im Eingriff sind. Diese Querkräfte überschatten normalerweise den vollständigen Einschraubvorgang. Die Schraubfallanalyse hat hier die Aufgabe trotz hoher Querkräfte den notwendigen Drehmomentverlauf so zu parametrieren dass einerseits das für die Vorspannung erforderliche Zieldrehmoment erreicht wird ohne die Schraube während des Einschraubvorganges zu übelasten.

Die Aufgaben der Schraubfallanalyse:

  • Klärung der generellen Machbarkeit einer Verschraubungsaufgabe
  • Empfehlung für erforderliche Verschraubungswerkzeuge
  • Definition der Parameter mit welchen eine optimale Schraubkurve kontinuierlich abgefahren werden kann
  • Darstellung von Verbesserungsvorschlägen hinsichtlich möglicher Randbedingungen 

Sobald die Kräfte des  Schraubvorgangs und die weiteren Einflußfaktoren beschrieben sind, kann das für die Aufgabe bestmögliche Schraubwerkzeug ausgewählt und die Parametrierung festgelegt werden.

Auch Schraubenzuführungen können in die Schraubfallanalyse miteinbezogen werden, dies ist immer dann ratsam wenn Schrauben mit ungünstigen Längen- Durchmesserverhältnissen oder speziellen Kopfformen zum Einsatz kommen.