Was ist eigentlich eine Reibungszahl?

Moderne Schraubsysteme sind in der Lage, Schrauben präzise auf Drehmoment oder Drehwinkel zu montieren. Aber trotz allem geben Drehmoment oder Drehwinkel keine direkte Auskunft darüber, ob die erforderliche Vorspannkraft – die Kraft, mit der die beiden Teile zusammengedrückt werden – erreicht wurde, da diese in der Montage nicht unmittelbar gemessen werden kann.

Wie sich nun das aufgebrachte Drehmoment auf die zu erreichende Vorspannkraft auswirkt, hängt zum einen von der Geometrie der Schraubverbindung ab und zum anderen von den Reibungsverhältnissen.

Reibung ist eine Grundvoraussetzung für eine funktionierende Schraubverbindung, da sich ohne sie jede Verschraubung von selbst lösen würde. Es ist jedoch schwierig, die Reibungszahl, die das Verhältnis von Drehmoment und Vorspannkraft ausmacht, konstant zu halten, da Faktoren wie Rauhigkeit, Härte, Oberflächenbehandlung, Schmierung, Gleitgeschwindigkeit, Temperatur, Flächenpressung, Werkstoffpaarung etc. diese verändern. Das bedeutet, dass vom Drehmoment nur auf die tatsächlich erreichte Vorspannkraft geschlossen werden kann, wenn die Reibungsverhältnisse bekannt sind.

Moderne Schraubwerkzeuge halten heute Drehmomenttoleranzen von weniger als +/- 5 % ein. Dies führt bei einer konstanten Reibungszahl von 0,10 und einem Zieldrehmoment von 40 N·m zu einer Vorspannkrafttoleranz von 26,0 kN bis 28,8 kN. Mit einer Vorspannkraftstreuung innerhalb dieser Toleranz ließe sich in der Schraubmontage hervorragend leben. In der Praxis variieren Reibungszahlen jedoch von 0,08 bis 0,30 - teilweise bis 0,40. Dies würde zu Vorspannkrafttoleranzen von 27,4 kN bis 14,9 kN führen. Das heißt, die Streuung der Vorspannkraft liegt hierbei siebenmal höher, als im vorgenannten Beispiel.

Wenn also die Reibungszahl einen so entscheidenden Einfluss auf die Schraubverbindung hat, dann muss diese auch vor Ort in der Produktion geprüft werden. Die Ermittlung der Reibungszahl ist in der ISO 16047 beschrieben. Berücksichtigt man alle erfassbaren Parameter, ergibt dies eine aufwändige, zeitintensive Prüfung, die mit qualifiziertem Personal, ausschließlich im Labor, durchgeführt werden muss.

Die Norm lässt jedoch auch ein vereinfachtes Prüfverfahren zu, welches in der Praxis preiswert und transportabel durchzuführen ist und wenig Zeit beansprucht.

Als Messgrößen für die Reibungszahl werden die Vorspannkraft und das Drehmoment mit einem 2-Kanal-Messgerät erfasst und anschließend mit der Software testXpert® ausgewertet. Diese Software unterstützt durch eine intuitive Bedienoberfläche den Bediener bei der Organisation von Prüfungen und Prüflingen. Die Auswahl der gewünschten Ergebnisse auf Bildschirm und Papier bestimmt der Anwender selbst. Ebenso die Aufteilung von Grafiken und Tabellen. Eigene Grafikelemente wie Firmenlogos, Bilder oder Zeichnungen können problemlos eingebunden werden.

Das mathematische Modul erlaubt die Berechnung der Reibungszahlen nach ISO 16047 oder auch individuelle Berechnungen von Messergebnissen nach den Anforderungen des Anwenders.

Mit dem portablen System ist somit eine kurze und einfache Prüfung in der Montagelinie möglich und es wird sichergestellt, dass ungenügend gefettete oder schlecht beschichtete Schrauben erst gar nicht verschraubt werden.