Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)

Ermittlung von Schraubenreibwerten

Das am häufigsten verwendete Verbindungselement zum wieder lösbaren Fügen von Bauteilen stellt die Schraube dar. Um das Potential einer Schraubenverbindung voll ausschöpfen zu können, ist eine präzise Berechnung notwendig. Hauptkriterium der Betriebssicherheit stellt die Vorspannkraft dar. Bei konventionellen Anziehverfahren wird über die Parameter Drehmoment und/oder Drehwinkel der wahrscheinliche Bereich der Vorspannkraft ermittelt, der sich bei der Montage ergibt. Die Haupteinflussgrößen stellen dabei neben den geometrischen Parametern die Streuung der Streckgrenze sowie die Reibung im Gewinde und unter dem Kopf dar. So fließen nur 10% des aufgebrachten Drehmoments in die eigentlich gewünschte axiale Klemmkraft, während die restlichen 90% auf die Reibverluste fallen.

Durch diesen hohen Anteil der Reibungsverluste am Anziehmoment wird die Notwendigkeit einer möglichst genauen Ermittlung der Reibungszahlen deutlich, um das Erreichen der gewünschten Klemmkraft sicherzustellen.

Die am Lehrstuhl vorhandene Versuchsanlage zur Ermittlung von Reibungszahlen mechanischer Verbindungselemente ermöglicht die Durchführung von Standardversuchen nach DIN 946 bzw. ISO 16047. Es besteht zudem die Möglichkeit, beliebige Muttern- und Gegenlagewerkstoffe zu testen.

Die Antriebseinheit besteht aus einem Drehstrom-Asynchronmotor, der mit einem zweistufigen Cyclo-Getriebe fest verbunden ist. Dadurch wird ein kontinuierliches, gleichmäßiges Drehmoment erzeugt. Über eine Flanschkupplung, ein Kardangelenkpaar und einen austauschbaren Steckeinsatz wird dieses Drehmoment querkraftfrei auf die Prüfschraube übertragen.

Die Messeinheit besteht aus einem inkrementellen, opto-elektronischen Drehwinkelgeber, der über einen Zahnriemen mit der Abtriebswelle des Cyclo-Getriebes verbunden ist. Die Prüfschraube wird im Messkopf durch eine Spannhülse und unter dem Schraubenkopf durch eine Gegenlageaufnahme, die verschiedene Kopfauflagen aufnehmen kann, gehalten. Der Messkopf ist auf einem Schlitten montiert, der federbelastet über einen Spindelantrieb verschoben werden kann.

Folgende Anziehverfahren können hierbei angewendet werden:

  • Drehwinkelgesteuert
  • Dehngrenzengesteuert
  • Drehmomentgesteuert
  • Vorspannkraftgesteuert

Als Ergebnis der Untersuchungen gibt die Prüfstandsoftware die Werte für µG, µK und µges, sowie standardmäßig ein Vorspannkraft-Drehmoment-Diagramm mit Reibstrahlen und ein Vorspannkraft-Drehwinkel-Diagramm aus.

Mögliche Untersuchungsobjekte:

Ermittlung der Reibungszahlen von:

  • Schrauben unterschiedlicher Gewindenenndurchmesser, Werkstoffe, Festigkeitsklassen, Kopfformen, Gewindeformen, Gewindelängen
  • Muttern unterschiedlicher Gewindenenndurchmesser, Werkstoffe, Festigkeitsklassen
  • Gewindebohrungen in unterschiedlichen Werkstoffen
  • Schraubenverbindungen mit dem Einsatz von Schmiermitteln/Montagepaste

   

Beispiele für bislang durchgeführte Untersuchungen:

Ermittlung von Reibungszahlen:

  • bei Verbindungen mit Schrauben aus thermoplastischen Kunststoffen
  • bei Verschraubungen von Magnesiumkomponenten mit Aluminiumschrauben
  • bei Verschraubungen von Magnesiumkomponenten mit Stahlschrauben
  • unter Berücksichtigung der Vorbehandlung des Gewindes mit/ohne Schmiermittel

Teilnahme am DSV-Ringversuch 2005

Daten zur Prüfeinrichtung für die Ermittlung von Reibungszahlen mechanischer Verbindungselemente:

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