Forschung

Abgeschlossenes Projekt

Förderinstitution: IGF/AIF-Vorhaben
Projektnummer: 19160 N
Projektbearbeiter: Dr. Kay Langschwager
Projektlaufzeit: 01.07.2017 – 31.07.2020

Kurzdarstellung

Die Schraubenverbindung gilt als das am weitesten verbreitete lösbare Verbindungselement. Für eine betriebssichere Funktion einer Baugruppe ist die richtige Montage einer Schraubenverbindung von großer Wichtigkeit. Das Montageverhalten wird neben der Geometrie wesentlich von den tribologischen Kontakten zwischen Kopf- / Mutternauflage und Gegenlage, im Gewindeeingriff und in der Trennfuge bestimmt. Das tribologische System ergibt sich durch Grundkörper, Gegenkörper, Zwischenmedium (Beschichtung, Schmierung) und Beanspruchungskollektiv. Zu dem Beanspruchungskollektiv zählen die Belastung, die Bewegung und die Temperatur. Im Rahmen der standardisierten Anziehprüfung nach DIN EN ISO 16047, der Untersuchung des Montageverhaltens unter definierten Versuchsbedingungen, können die jeweiligen einzelnen Teilreibungszahlen eines tribologischen Systems unter Raumtemperatur ermittelt werden. Die Reibungszahlen sind beeinflusst durch die komplexe Wechselwirkung verschiedener Einflussgrößen, die in diesem Forschungsvorhaben systematisch untersucht werden.

Das Forschungsthema lautet: „Beschreibung des Systemverhaltens bei der Montage von Schraubenverbindungen in Abhängigkeit geometrischer und tribologischer Größen“. Das Thema untergliedert bereits die zu untersuchenden Einflussgrößen in geometrische und tribologische Größen. Die hier untersuchten geometrischen Größen umfassen im Wesentlichen:

• die Schraubenabmessung: M8, M10, M16,
• die Klemmlänge und
• die Flächenpressung / Reibkontaktfläche abhängig von der aufgebrachten Vorspannkraft und der lokalen Geometrie der Schraube (Schirmungswinkel).

Zu den variierten wesentlichen tribologischen Größen gehören:

• die Beschichtung
  • – Basisbeschichtung: unbeschichtet, phosphatiert, Zink-Nickel, Zink-Lamelle und
  • – Top-Coat / Versiegelung: GC TOP 120 HLX, Gleitmo 605, GC 01 RW,
• der Schmierstoff,
• die Gegenlage: Gegenlage hoher Härte (HH), Gegenlage niedriger Härte (HL),
• die Montage: Montagerichtung, Vorspannkraft- / Drehwinkelgeregelt, Drehgeschwindigkeit / Reibgeschwindigkeit
• der Verschleiß durch Mehrfachanzug und
• die Temperatur.

Die standardisierte Anziehprüfung ermöglicht keine Trennung der tribologischen und geometrischen Einflussgrößen. Daher soll ein weiteres Prüfverfahren zur Ermittlung lokaler Reibungszahlen angewendet werden, um die Ergebnisse aus dem Anziehprüfstand zu verifizieren. An einem Schwing-Reib-Verschleiß-Prüfstand (SRV®-Prüfstand – tribologisches Ersatzmodell) werden die tribologischen Einflussgrößen gesondert untersucht. Die Erkenntnisse aus dem tribologischen Ersatzmodell werden mit Erkenntnissen der standardisierten Anziehprüfung zur Ermittlung der Reibungszahlen / Teilreibungszahlen und damit der allgemeinen Bewertung des Montageverhaltens von Schraubenverbindungen verglichen. Im Anziehprüfstand befindet sich ein Mehrkomponentensensor zur kombinierten Messung der Vorspannkraft und mindestens eines Teilmoments (Kopf- und / oder Gewindemoment). Nach dem aktuellen Stand der Technik werden die Messsignale getrennt und statisch kalibriert. Für die Kalibrierung der Vorspannkraft findet DIN EN ISO 376:2011-09 und für das / die Teilmoment/e DIN 51309:2005-12 Anwendung. Eine kombinierte, dynamische Kalibrierung existiert für die Mehrkomponentensensoren aktuell nicht. Weiterhin gibt es keine Rückführung der Mehrkomponentensensoren auf das nationale Normal. So wird ein mögliches Übersprechen der Messsignale nicht erfasst. In der Vergangenheit hat der Deutsche Schraubenverband e.V. groß angelegte, internationale Ringversuche durchgeführt, um an der Grundgesamtheit der Ergebnisse die unterschiedlichen Anziehprüfstände zu bewerten und in Kategorien einteilen zu können.