Problemanalysen im Montageprozess vor Ort

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1 Problemanalysen im Montageprozess vor Ort CrVI-freie Oberflächenbeschichtungen in der Montage analysiert Obwohl CrVI-freie Oberflächenbeschichtungen schon seit einiger Zeit in der Industrie eingesetzt werden, stellen sie die Anwender weiterhin vor Herausforderungen. Häufig geht es darum, ob die Schrauben den geeigneten Schmierzustand haben und das angewendete Drehmoment tatsächlich geeignet ist für den Montageprozess. Ein einfaches Verfahren, das in der Montage angewendet werden kann, um den Schraubfall zu analysieren, ist der Bruchversuch. Zur Ermittlung des ultimativen Drehmomentes, welches auf die Schraube aufgebracht werden kann, genügt ein Drehmomentschlüssel, mit dem das maximale Drehmoment ermittelt werden kann Neue Messe Stuttgart Halle 7 / Stand 7313 Der SCHATZBRIEF Ausgabe 01/2011 Informationen aus der Praxis für die Praxis.

2 2 Der Bruchversuch dient zur Ermittlung von Kenngrößen, welche zur Montagevorschrift ins Verhältnis gesetzt werden können und somit eine Aussage über die Anziehspezifikation zulassen. Dazu wird die Schraubverbindung kontinuierlich weiter gedreht bis die Schraube bricht. Das Drehmoment kann während des Versuches manuell mit einem Drehmomentschlüssel oder motorisch mit einem Schrauber aufgebracht werden, wobei eine Messeinrichtung verwendet werden muss, mit der das Drehmoment während der Montage erfasst wird. Der grafische Messverlauf zeigt das Verhältnis von Drehmoment zum Drehwinkel in der Schraubverbindung. Der Verlauf kann in verschiedene Bereiche eingeteilt werden. Zu Beginn der Montage wird die Schraube eingedreht bis der Schraubenkopf zur Kopfauflage kommt. Anschließend steigt das Drehmoment an, bis sich die verschraubten Teile vollständig zusammengefügt haben. Von da ab geht die Schraubverbindung in die elastische Verformung. Das Drehmoment steigt linear zum Drehwinkel an. Falls die Belastung hier endet und die Schraube wieder gelöst wird, nimmt sie wieder ihre ursprüngliche Länge an. Dauert die Belastung jedoch an, verformt sich die Schraube plastisch, das heißt bleibend. Der lineare Verlauf der Kurve endet und das Drehmoment steigt nicht mehr im gleichen Maße an wie der Drehwinkel. Das Drehmoment steigt anschließend weiter an bis zum maximalen Drehmoment, welches als ultimatives Drehmoment ermittelt wird. Durch die plastische Verformung tritt eine Verfestigung des Materials der Schraube ein, was zu diesem weiteren Anstieg des Drehmomentes über den Punkt der plastischen Verformung hinaus führt. Nach dem höchsten erreichten Drehmoment beginnt die Schraube sich im freien Schaft einzuschnüren. Aus diesem Grunde nimmt das Drehmoment bei weiterem Drehwinkel ab, bis die Schraube vollständig versagt und bricht. Es besteht jedoch bei diesem Versuch die Möglichkeit, dass die Flächenpressung unter dem Schraubenkopf dazu führt, dass die Beschichtung der Schraube unter dem Kopf beschädigt wird. Dies ist dadurch bedingt, dass die Schraube definitiv überlastet wird und die Beschichtung eventuell nicht für eine derartige Flächenpressung ausgelegt ist. Dies führt zu einem so genannten Fresser. Die Reibung unter dem Schraubenkopf steigt in einem hohen Verhältnis an und führt zu einem weiteren Anstieg des Drehmomentes, obwohl die Kraft in der Schraube aufgrund der Verringerung des Querschnitts schon abnimmt. Dies führt zur Ermittlung eines Drehmomentes, Ein Anstieg der Reibungsverhältnisse unter dem Schraubenkopf erzeugt einen weiteren Anstieg des Drehmomentes.

3 welches keine akkurate Aussage über die maximale Belastung der Schraube zulässt. Aus diesem Grund ist die Aufzeichnung des grafischen Verlaufes zu empfehlen. Der Messverlauf Drehmoment über Drehwinkel zeigt deutlich, ob das maximale Drehmoment als Ergebnis der Verfestigung des Materials oder durch einen Anstieg der Reibung unter dem Schraubenkopf ermittelt wurde. In jedem Fall muss das maximale Drehmoment des Bruchversuches deutlich höher liegen als die obere Toleranzgrenze der Montagevorschrift. Falls diese Werte zu eng beieinander liegen oder sogar Bruchmomente ermittelt werden, die niedriger liegen als die obere Toleranzgrenze, besteht die Gefahr der Überbeanspruchung der Schraubverbindung in der Montage. Ein solches Ergebnis kann verschiedene Ursachen haben: Die Reibungszahl der Schraubverbindung liegt deutlich niedriger als der Konstrukteur es in seiner Auslegung berücksichtigt hat. Dies führt zu einer höheren Belastung der Schraube als vorgesehen. Das Material von Schraube oder Fügeteilen entspricht nicht der vorgesehenen Qualität. Die Schraube oder das zu montierende Material versagen bereits innerhalb der ausgelegten Toleranzen. Die Montagevorschrift entspricht nicht den Bedingungen vor Ort. Die berechneten Toleranzgrenzen führen zu einer Überlastung der Schraubverbindung und das Anziehdrehmoment muss neu berechnet werden. Die Ermittlung der Ursachen bedarf einer weiterführenden Laboranalyse. Der Bruchversuch dient dazu, eine schnelle und einfache Analyse vor Ort in der Montage durchzuführen und die Verhältnisse zwischen Anziehvorschrift und montierten Teilen qualifiziert abzuschätzen. 3 Der Messverlauf von Drehmoment im Verhältnis zu Drehwinkel zeigt das Verhalten der Schraubverbindung bis zum Bruch.

4 Rütteltest Sicherungsverhalten von Schraubverbindungen unter Querbelastung nach DIN Bereits in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts sind die Prinzipien des selbsttätigen Lösens von Schraubverbindungen erforscht worden. Auch die Entwicklung geeigneter Prüfverfahren geht auf diese Zeit zurück. Sicherungselemente haben die Aufgabe, Relativbewegungen in der Schraubverbindung zu unterbinden. Ursache einer Relativbewegung in einer korrekt ausgelegten Schraubverbindung ist in aller Regel eine unzureichende Vorspannkraft. Besonders gefährdet sind dynamisch querbelastete Schraubverbindungen. Hier können sowohl in der Kopfauflage, als auch in der Gewindepaarung Verschiebungen eintreten. Für diese Schraubverbindungen wurde das Prüfverfahren nach DIN entwickelt. Bei dieser Prüfung wird eine zuvor festgelegte Querverschiebung in die Schraubverbindung eingeleitet. Je nach Biegesteifigkeit der Schraube, die sich aus dem Nenndurchmesser und der Klemmlänge bestimmen lässt und der Gewindepaarungstoleranz, stellen sich im Gewinde und/oder in der Kopfauflage mehr oder minder starke Relativbewegungen ein. Die Festlegung der Querverschiebung hängt vom Versuchsziel ab. Die Art der Auswertung erfasst nach DIN die - Ermittlung der Restvorspannkraft nach einer bestimmten Lastspielzahl - Ermittlung der bis zum Dauerbruch der Schraube erreichten Lastspielzahl - Ermittlung der Lastspielzahl bei vollständigem Vorspannkraftverlust Nach dieser Auswertung lässt sich auch das Sicherungsverhalten von Schraubverbindungen zuordnen. Nach DIN besteht der Prüfaufbau aus einer Vibrationsprüfmaschine, einem Vorspannkraftgeber, einem Querverschiebungsgeber, einem Wegaufnehmer und einem Lastwechselgeber. Die hier festgelegten Prüfbedingungen sind in weitere Beziehungen zur Biegeverformung der Schraube und der hieraus resultierenden Grenzverschiebung und des inneren Losdrehmomentes zu bringen. Die Biegeverformung der Schraube gibt Aufschluss über die mögliche Querverschiebung, bei der es zu keiner partiellen Bewegung in der Kopfauflage oder in der Gewindepaarung kommt. Ebenso sollte der Querkraftanteil bis zur Grenzverschiebung mit in die Auswertung des Prüfergebnisses einfließen. Diese Kenngrößen können Aufschluss darüber geben, unter welchen allgemeingültigen Bedingungen die Ermittlung der Restvorspannkraft nach einer vereinbarten Lastspielzahl, die Ermittlung der Lastspiele bis zum Dauerbruch oder die Ermittlung der Lastspiele bis zum vollständigen Vorspannkraftverlust stattgefunden haben. Schließlich ist ebenfalls das innere Losdrehmoment in die Bewertung mit einzubeziehen, da dieses das selbsttätige Losdrehen auslöst. Nach wie vor ist auch noch die Frage offen, inwieweit das nach der Montage in der Schraube verbleibende Torsionsmoment das selbsttätige Losdrehen unterstützt.

5 1 Exzenter, 2 Pleuel, 3 Querkraftmessung, 4 Verbindungsplatte 5 Prüfschraube, 6 Wegaufnehmer, 7 Prüfeinsatz, 8 Prüfeinrichtung 5 Aufbau und Betriebsverhalten eines Rüttelprüfstandes Der an der FH Düsseldorf nach dem System Junker gebaute und betriebene Rüttelprüfstand besteht aus einem stufenlos regelbaren Elektroantrieb, einer einstellbaren Exzenterwelle zur stufenlosen Einstellung der Querverschiebung und einem Maschinenbett mit einem auf Wälzkörper gelagerten Oberschlitten. Auf dem Oberschlitten können Bauteile spielfrei fixiert werden, so dass eine Nachbildung der zu untersuchenden Schraubverbindung möglich ist. Durch die Verwendung entsprechender Einsätze können sowohl Durchsteckverschraubungen als auch Sacklochverschraubungen nachgestellt werden. Die biegesteife Ausführung des Rüttelprüfstandes erlaubt eine von der Querkraft unabhängige Einstellung der Prüfamplitude. Kopfauflage und im Gewinde mit in die Auswertung des Versuchsergebnisses einzubeziehen. Weitere Kenngrößen, wie das nach der Montage in der Schraube verbleibende Torsionsmoment und das durch die Querverschiebung verursachte innere Losdrehmoment, können so mit in die Beurteilung des Sicherungsverhaltens der Schraubverbindung einfließen. Der Prüfstand wurde durch die SCHATZ AG messtechnisch erweitert, wodurch erstmalig auch die Erfassung der im Gewinde angreifenden Drehmomente ermöglicht wurde. Dies geschieht durch einen im Maschinenbett eingebauten, von SCHATZ AG entwickelten Drehmoment- Vorspannkraftsensor. Mit diesem Sensor lassen sich Vorspannkraftabfall und inneres Losdrehmoment überwachen und aufzeichnen. Die Steuerung des Prüfstandes und die Messwerterfassung erfolgen über das Analysesystem testxpert der SCHATZ AG. So kann der Vorspannkraftverlauf über die gesamte Prüfdauer aufgezeichnet werden. Die zur Versuchsvorbereitung aufzubringende Vorspannkraft kann ebenfalls über den Sensor gesteuert und überwacht werden. Durch die gleichzeitige Erfassung des Gewindemomentes ist es möglich, die bei der Montage vorherrschenden Reibungsverhältnisse in der Schraube M10x im Rüttelversuch. 1 Gewindemoment, 2 Torsionsmoment, 3 inneres Losdrehmoment

6 6 Balanceakt Prüfen von Hydraulikschraubern und Kraftvervielfältigern Statistisch gesehen ist Fliegen die sicherste Fortbewegungsart in unserer globalisierten und schnelllebigen Zeit. Das liegt nicht zuletzt daran, dass in die regelmäßige Wartung der Flugzeuge sehr viel investiert wird, sowohl Geld als auch Know-how. Dabei erfordern einige Wartungsarbeiten und Qualitätsprüfungen nicht nur Fingerspitzengefühl. Dann nämlich, wenn es um wirklich große Bauteile und Werkzeuge geht. Dieser Herausforderung sah sich auch der Wartungsbereich einer namhaften deutschen Fluggesellschaft ausgesetzt bei der Aufgabe, die dort eingesetzten Hydraulikschrauber und Kraftvervielfältiger regelmäßig und nachweisbar auf ihre einwandfreie Funktion zu prüfen. Der von der SCHATZ AG speziell für diese Prüfaufgaben konstruierte Prüfstand bot hier Abhilfe. Die Einrichtung verfügt über alle notwendigen Komponenten zum Betrieb der Prüflinge, inklusive der Hydraulikversorgung. Dabei wurde insbesondere auf die ergonomischen Belange zum Einrichten und Betreiben der Prüfeinrichtung größtes Augenmerk gelegt. Die Antriebsspindel ist an einem ausbalancierten Manipulator angebracht. Die statischen Sensoren können mit einer Hebevorrichtung außerhalb des Arbeitsbereiches montiert und anschließend über eine Schublade in Position gebracht werden. Die Hydraulikschrauber werden mit einem maximalen Druck von 700 bar beaufschlagt und über einen integrierten Zylinder angetrieben. Hierbei geben diese in der größten Bauform ein maximales Drehmoment von Nm ab. Die Prüfung erfolgt durch Anlegen eines kontinuierlich steigenden Hydraulikdrucks am Antrieb. Gemessen wird das erzeugte Drehmoment am Abtrieb des Schraubers. Der anliegende Hydraulikdruck und das erzeugte Drehmoment werden in vorgegebenen Stufen gemessen und protokolliert. Im Anschluss werden festgelegte Drücke angelegt und durch den Prüfer Markierungen auf den im Schrauber eingebauten Manometern aufgebracht. Die Kraftvervielfältiger werden über einen externen Antrieb mit Drehmoment beaufschlagt. Dieses Drehmoment wird im Werkzeug verstärkt und über den Abtrieb wieder abgegeben. Diese Prozedur wird über einen festgelegten Bereich von einem minimalen Drehmoment bis zu einem maximalen Drehmoment durchlaufen. Hierbei wird in festgelegten Stufen das eingebrachte und das abgegebene Drehmoment gemessen und protokolliert. Die Steuerung der Prüfabläufe, die Datenverarbeitung und die Erstellung der Prüfprotokolle erfolgt mit Hilfe der Auswertesoftware testxpert. Diese ermöglicht es, später neu hinzukommende Prüflinge in den Prüfumfang mit aufzunehmen.

7 Aktuelle Seminare der SCHATZ-Akademie Praktisches Wissen rund um die Verschraubung Als Ihr Partner für die Qualitätssicherung rund um die Schraubenmontage bietet SCHATZ neben der nötigen Hard- und Software auch das erforderliche Know-how, um Sie bei Ihren täglichen Montageproblemen zu unterstützen. Ob Sie sich nun selbst schlau machen wollen in unseren Seminaren in Remscheid oder finden, dass Ihre ganze Abteilung ihr Wissen über die Grundlagen von Schraubverbindungen auffrischen müsste in einer Schulung in Ihrem Haus unsere Referenten passen sich Ihren Anforderungen an. Das Ziel unserer Seminare ist dabei der schnelle und direkte Wissenstransfer und das Vermitteln von Basis- und Fachkenntnissen für die Umsetzung in der Praxis. Anwender, die die technischen Grundlagen von Schraubverbindungen kennen, entwickeln ein besseres Gefühl dafür, was für die Qualität einer Verschraubung wichtig ist und sind bei Fehlverschraubungen nicht hilflos. Seminartermine und Themen 2011 MAI Anwenderschulung Messunsicherheitsberechnung 11./ testxpert Basisseminar 17./ Grundlagen zur Berechnung von Schraubverbindungen Reibzahlmessung nach diversen Vorgaben Schraubtechnik für Praktiker Einfluss der Reibungszahl juni CEUS Grundlagenseminar Schraubtechnik für Praktiker Einfluss der Reibungszahl Direktverschraubungen und Blech/Kunststoff JULI 12./ CEUS 8.2 Prüfplanung Qualifiziertes Personal weiß die richtigen Prüfmethoden anzuwenden und ist in der Lage, Montage- und Messwerkzeuge richtig zu benutzen. Denn: Aus Wissen und Übung entsteht gute Qualität! Die aktuellen Seminartermine in der SCHATZ-Akademie in Remscheid: SEPTEMBER Anwenderschulung Messunsicherheitsberechnung Forderungen an ein QM-System in der Schraubenmontage 20./ testxpert Basisseminar... Ausführliche Seminarbeschreibungen und alle weiteren Termine finden Sie unter:

8 Niederlassungen mit Reparatur- / Kalibrier-Service: Frankreich, USA Vertretungen mit Reparatur- / Kalibrier-Service: Großbritannien, Korea, Taiwan, China Vertretungen: Argentinien, Benelux, Brasilien, Indien, Italien, Japan, Mexiko, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, Schweiz, Slowakei, Spanien, Tschechische Republik, Türkei Fordern Sie auch weitere Informationen unserer Bereiche unter: SCHATZ AG Postfach Remscheid Kölner Straße Remscheid GERMANY Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@schatz-mail.de