In der Fahrzeugindustrie sind Reibungszahlen von 0,08 bis bis 0,15 spezifiziert. Ist die Zahl kleiner, ist keine Selbsthemmung mehr gegeben; ist sie größer, wird die Tragfähigkeit nicht ausreichend genutzt. Schätzen hilft hier kaum, Prüfungen nach DIN EN ISO 16047 sind gefragt.
Von Schraubverbindungen erwartet man eine zuverlässige Fixierung von Bauteilen, ohne dass diese sich selbsttätig lösen. Schrauben dürfen – von wenigen Ausnahmen abgesehen – nicht auf Schub/Scherung beansprucht werden. Auftretende Querkräfte müssen durch Reibschluss zwischen den Kontaktflächen aufgenommen werden.
Neben der Reibzahl zwischen den Kontaktflächen ist die Vorspannkraft Fv die wichtigste Größe, welche diese Funktion bestimmt. Deshalb muss sie beim Anziehen der Schraube/Mutter zuverlässig aufgebracht werden. Die Vorspannkraft wiederum wird bestimmt von der Dimension und der Festigkeit der Schraube sowie dem Anzugsdrehmoment, welches wiederum von der Reibungszahl der Schraube abhängt.
Die Gesamtreibungszahl µtot setzt sich zusammen aus der Reibungszahl im Gewinde µth und der Reibungszahl in der Kopf- beziehungsweise Mutternauflage µb. Sie sagt aus, in welchem Verhältnis das Anzugsdrehmoment T in Vorspannkraft umgesetzt wird. Diese Reibungszahlen werden nach der Norm DIN EN ISO 16047 mit der Formel
berechnet. Bei bekannter Reibungszahl und einer erforderlichen Vorspannkraft errechnet sich das Anzugsdrehmoment nach der Formel
Daraus ist ersichtlich, das die Werte für die Gewindereibung µth und µb erheblichen Einfluss haben. Beeinflusst werden diese Reibungszahlen durch:
- die Bauteilgeometrie
- die im Kontakt stehenden Werkstoffe
- deren Oberflächenhärte
- die Oberflächenrauhigkeit sowie
- deren Schmierzustand.
In der Fahrzeugindustrie sind zur Zeit Reibungszahlen von 0,08 bis 0,14 beziehungsweise 0,09 bis 0,15 spezifiziert. Sinkt die tatsächliche Reibungszahl unter 0,06, dann ist die Selbsthemmung nicht mehr gegeben und die Schraube löst sich selbsttätig. Reibungszahlen größer 0,16 wiederum führen zu einem hohen Torsionsanteil und zu unzureichender Nutzung der Tragfähigkeit. Ferner ist zu bedenken, dass die Variation der Reibungszahl um 0,01 eine Änderung der Vorspannkraft um 6 bis 7 % bewirkt.
Es ist kaum möglich diese komplexen Parameter in ihrer Bedeutung und Wechselwirkung richtig einzuschätzen. Nur eine messende Prüfung gemäß DIN EN ISO 16047, die eine verlässliche Größe für den Anzugsprozess ergibt, macht dies möglich. „Wir müssen weg von der Schätzung der Reibungszahl, hin zu einer messeden Prüfung“, erklärt somit auch Rudi Linhahardt, Leiter Technik bei Berrang, „Für funktionsrelevante Schraubverbindungen ist eine messende Prüfung und Überwachung der Reibungszahl unerlässlich.“ Die Prüfung nach DIN EN ISO 16047 liefert Ergebnisse mit akzeptabler Zuverlässigkeit. Die vielen Einflussfaktoren, die aus dem Produktionsprozess von Schrauben auf die Reibungszahl einwirken, machen folgende Vorgehensweise erforderlich:
- Prüfung der Reibungszahl zur Freigabe einesProduktionsprozesses bei Serienbeginn.
- Bei kritischen Verbindungen oder bei weniger stabilen Produktionsprozessen kann es erforderlich sein, an jeder Fertigungscharge die Reibungszahl zu prüfen und zu überwachen.
Kritische Verbindungen liegen vor, wenn deren Nicht-Funktionalität Gefahr für Leib und Leben bedeutet oder empfindliche Ausfälle und Stillstände verursacht.
Berrang; Telefon: 0621 8786-150;
E-Mail: joachim.hermes@berrang.de
Schraubenprüfstand M6 bis M22
Baujahr: 1996 (2009 modifiziert)
Gewicht: 200 Kg
Messbereiche: Drehmoment 0 bis 750 Nm Vorspannkraft: 0 bis 300 kN Drehzahl: 0 bis 200 min-1
Durchführung der Prüfungen nach MA-QS 04: Reibzahlbestimmung (Gewinde/ Kopf/ Gesamt) nach ISO 16047 Reibzahlbestimmung montageorientiert nach VDA 235-203 bis M16 Prüfdrehmomentbestimmung für Schraubensicherungen
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