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Die Kenntnis von Reibwerten ist essentiell...

Warum Schraubenhersteller und -anwender dringend die Reibwerte ihrer Schraubverbindungen kennen sollten…

Ein moderner PKW oder ein Flugzeug ist aus vielen tausenden Einzelteilen zusammengesetzt. Diese Einzelteile bestehen Ihrem Verwendungszwecke entsprechend aus verschiedensten Materialien und haben verschiedenste Formen. Schrauben und Muttern werden dazu verwendet, diese Komponenten miteinander zu verbinden und zusammen zu halten, und zwar in einer Art und Weise, dass sie wieder lösbar sind. Diese Lösbarkeit ergibt sich als Anforderung aus dem Alltag, um zum Beispiel Reparaturen durchzuführen oder Teile auszutauschen.

Der Zusammenhalt von verschraubten Komponenten muss auch dann sichergestellt sein und erhalten bleiben, wenn äußere Beanspruchungen auftreten. Die vier teuren Aluminiumräder eines PKW dürfen sich keinesfalls ungewollt lösen – nicht nur, wenn der Wagen in der Garage steht, sondern auch auf Hochgeschwindigkeitsstrecken, während des Bremsens, während der Beschleunigung, beim Einsatz von Assistenzsystemen wie ABS und ESP, und dies im Sommer wie im Winter bei sehr unterschiedlichen Temperaturen. Schrauben und Muttern sorgen dafür, dass dies so bleibt, gewährleisten Sicherheit, indem sie bei der Montage eine sogenannte Vorspannkraft erzeugen, die die Komponenten trotz Beanspruchung durch den Gebrauch zusammenhalten. Unglücklicherweise kann man eben diese Vorspannkraft aus wirtschaftlichen Gründen nicht an der Montagelinie beim Bau des Fahrzeugs überprüfen. Dies ist der Punkt, an dem die Reibung ins Spiel kommt. Aus ökologischer und aus ökonomischer Sicht ist Reibung meist ein Störfaktor: Luftwiderstand und Lagerreibung bringen jedes Fahrzeug nach kurzer Zeit zum Stillstand. Um dies zu verhindern, muss andauernd Antriebsenergie zugeführt werden. Bei Schraubenverbindungen hingegen ist Reibung unverzichtbar. Als Reibung wird in diesem Zusammenhang eine Wechselwirkung zwischen zwei sich berührenden Oberflächen bezeichnet. Ohne Reibung in den Berührungsflächen von Schraube, Mutter und zusammengefügten Teilen, würde sich die Verbindung spontan und unmittelbar wieder lösen, und die Teile würden auseinanderfallen. Die Reibung unterdrückt diese Selbstlösung; um dies hinreichend sicherzustellen, müssen Reibung und das Selbstlöseverhalten einstellbar und messbar sein.

Das Selbstlöseverhalten lässt sich auf einfach Art durch Steigung und Nenndurchmesser der Schraubenverbindung quantitativ bestimmen. Um ungewolltes Lösen zu verhindern, muss die Reibung daher betragsmäßig deutlich größer sein, als das Selbstlösemoment. Es stehen sich hier ein Selbstlösemoment innerhalb der Schraubenverbindung und ein innerhalb der Berührfläche wirkendes Reibmoment gegenüber. Der Schraubenhersteller muss die Reibung im Produktionsprozess herbeiführen und seinen Kunden gegenüber unter Beweis stellen. Im Falle, dass wesentliche Teile der Wertschöpfungskette ausgelagert werden, zum Beispiel der Vorgang der Schraubenbeschichtung, muss auch der Schraubenbeschichter die Reibung unter Beweis stellen. Letztendlich stehen auch der Schraubenhändler und der Schraubenanwender ihren Kunden gegenüber in der Verantwortung. Ein Grund dafür, dass alle diese genannten Gruppen die Überprüfung der Reibkoeffizienten durchführen sollten. Die Praxis zeigt, dass sowohl Schraubenhändler als auch Schraubenanwender aus diesem Grund eine Reibwertermittlung im Rahmen der Eingangskontrolle durchführen.

Gerade im Rahmen der Produktentwicklung und -weiterentwicklung von Schraubenbeschichtungen ist die Überprüfung von Reibkoeffizienten unerlässlich, viel mehr ist sie die Voraussetzung. Um Reibwerte in der Produktion gezielt einstellen zu können, ist die Reibwertbestimmung ein Entwicklungsziel.

Sollte ein Schraubenlieferant auf die Reibwertermittlung verzichten, kann er keine Garantie dafür geben, dass seine Schraubverbindungen halten, was sie halten müssen – mit schlimmen Konsequenzen für die Nutzer von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Eisenbahnschienen, für Anwender in der Windindustrie, im Brücken- und Stadionbau. Zusätzlich kann der Schraubenhersteller ohne Kenntnis über Reibkoeffizienten der Schraubverbindung keine Vorschrift zum Anziehen an seinen Kunden geben.

Die aufzubringende Vorspannkraft, die notwendig ist um eine Verbindung zwischen Komponenten sicher zu verschrauben, ist also für die Praxis von großer Bedeutung, man denke an das alltägliche Beispiel eines Reifenwechsels am PKW. Da die Vorspannkraft aus bereits erwähnten Gründen nicht während des Anziehens ermittelt werden kann, bleibt nur die Möglichkeit sich den mathematischen Zusammenhang zwischen Vorspannkraft, Reibwerten und Anzugsmoment zu Nutze zu machen. Das Anzugsmoment ist mit Hilfe eines einfachen Drehmomentschlüssels festzustellen. Es ist also elementar die Reibwerte von Schraubenverbindungen zu ermitteln. Die Firma TesT mit Sitz in Erkrath, Deutschland, liefert bietet mit einem breiten Sortiment an Reibwertprüfmaschinen und Messköpfen zur Ermittlung von Reibkoeffizienten Komplettlösungen für die Schraubenprüfung an.

Zum einen ist sie Marktführer auf dem Gebiet der Reibwertanalyse an Schraubverbindungen bis M80, zum anderen liefert TesT Vibrationsprüfmaschinen zur dynamischen Lateralbeanspruchung von Verbindungselementen und Universalprüfmaschinen für die Zugprüfung an Schrauben mit Kräften von bis zu 600 kN und auf Wunsch auch darüber hinaus.

Fazit:

Reibung hält nicht nur die Räder ihres Autos an Ort und Stelle, oder befestigt den Zylinder am Motorblock. Die Kenntnis über Reibwerte erlaubt dem Konstrukteur kleinere und leichtere Schraubverbindungen zu verwenden. Damit gelingt es das Gewicht und den Preis des Endprodukts zu minimieren. Es ist also nicht nur eine Frage der Sicherheit, sondern auch ein ökonomisches Anliegen Reibwerte zu kennen.