Inhaltsverzeichnis
1. Schraube und Aufnahmegewinde
2. Gewindeformende Schrauben
3. Verschrauben von Flanschverbindungen
4. Herausforderung Verbindungstechnik
5. Serviceangebote bieten Unterstützung
6. Maschinenrichtlinie stellt zusätzliche Forderungen
7. Schraubensicherung und Manipulationsschutz
8. Fazit
Das Prinzip der Schraube ist schon seit über 2000 Jahren bekannt – die Entdeckung wird oft Archimedes von Syrakus zugeschrieben. Somit ist es wenig verwunderlich, dass Verschrauben als Fügeverfahren technisch bestens bekannt ist und es eine Vielzahl von Regelwerken gibt, die sich mit Schraubenverbindungen beschäftigen. Dadurch ist eine fast unüberschaubare Komplexität rund um ein Verbindungselement entstanden, das eigentlich selbsterklärend erscheint. Je nach Einsatzgebiet müssen für Schraubenverbindungen unterschiedliche technische Regeln beachtet werden. Im Folgenden werden beispielhaft drei Bereiche vorgestellt.
Schraube und Aufnahmegewinde
Der „Standardfall“ einer hoch beanspruchten Kombination aus Schraube und Innengewinde kann mithilfe der VDI-Richtlinie 2230 berechnet werden. Obwohl diese Berechnungsvorschrift alle wesentlichen Aspekte einer dauerhaft betriebssicheren Verbindung behandelt, wirkt sie gerade aufgrund ihres Umfangs auf viele „Gelegenheitsanwender“ einschüchternd. Marktübliche Berechnungsprogramme erleichtern zwar die Berechnung, entbinden den Anwender aber nicht von der Aufgabe, die richtigen Eingaben zu tätigen, die richtigen Schlüsse aus den Berechnungsergebnissen zu ziehen und die Betriebssicherheit der Verbindung durch geeignete Maßnahmen zu validieren. Einen externen Fachmann für Verbindungstechnik zu konsultieren ist selbst bei vermeintlichen Standardanforderungen inzwischen selbstverständlich.
Gewindeformende Schrauben
Schrauben, die sich ihr erforderliches Aufnahmegewinde selber formen (sogenannte Direktverschraubungen) sind technisch weitgehend etabliert und bieten eine Reihe von technischen sowie wirtschaftlichen Vorteilen. Wie eine solche Verbindung in Kunststoffbauteilen auszulegen ist, wird u. a. in der DVS-Richtlinie 2241-1 beschrieben. Das dort genannte Verfahren beruht auf einschlägigen Erfahrungswerten, kombiniert mit praktischen Versuchen an den zu verschraubenden Bauteilen bzw. entsprechenden Mustern. Für andere Einschraubwerkstoffe kann bedingt auf einschlägige Normen zurückgegriffen werden – wie z. B. DIN EN ISO 7085 für Stahl. Verschraubungsversuche werden auch hierbei dringend empfohlen!
Verschrauben von Flanschverbindungen
Beim Verschrauben von Flanschverbindungen ist die Berücksichtigung der DIN EN 1591 zwingend erforderlich. Im Gegensatz zu anderen Schraubenverbindungen soll bei Flanschverbindungen primär eine dauerhafte Dichtigkeit erreicht werden. Daraus ergeben sich für die verwendeten Verbindungselemente ganz andere Anforderungen, die unter anderem durch die Druckgeräterichtlinie als EU-Recht Geltung haben. Besagte Anforderungen schließen etwa die Kennzeichnung der Verbindungselemente und das Vorhandensein der erforderlichen Abnahmeprüfzeugnisse ein, um die Rückverfolgbarkeit der Produkte dauerhaft zu gewährleisten.
Selbst das planmäßige Versagen einer Schraubenverbindung ist aus technischer Sicht eindeutig beschrieben: Das Konstruktionsprinzip der Schraube besagt, dass bei axialer Überlastung der Bruch der Schraube im Bereich des freien, belasteten Gewindes erfolgt. Um das Phänomen des selbsttätigen Lösens von Schraubenverbindungen zu untersuchen, wurde mit der DIN 65151 ein vereinheitlichtes Prüfverfahren geschaffen. Damit soll die Wirksamkeit unterschiedlicher Arten von Schraubensicherungen vergleichbar gemacht werden. Trotz der Vielzahl der vorhandenen Erkenntnisse über Schraubenverbindungen kommen kontinuierlich neue Anforderungen hinzu. Die VDI-Richtlinie 2862 nimmt beispielsweise eine grobe Klassifizierung von Schraubfällen vor und verlangt vom Anwender eine ganzheitliche Betrachtung des Montageprozesses.
Herausforderung Verbindungstechnik
Die Themen, die an die Anwendungsberater im Ecotech-Service von Böllhoff herangetragen werden, gehen heutzutage weit über die Anforderungen eigentlicher Schraubenauslegung hinaus. Bei vielen Anwendungsfragen – und auch bei der Auswahl des optimalen mechanischen Verbindungselements – steht nicht mehr der Befestiger allein im Vordergrund. Stattdessen wird das Gesamtsystem einschließlich der verbundenen Bauteile, der Umgebungseinflüsse und der Betriebsbedingungen betrachtet. Hier spielen aktuelle Trends wie Leichtbau, Materialmix und die Fügetechnik moderner Werkstoffe eine große Rolle. Für diese neuen Materialkombinationen gibt es oftmals noch keine etablierten Auslegungsparameter. Typische bisherige Anforderungen gehen nun einher mit neuen technischen Entwicklungen. Diese Herausforderungen sind schon im Vorstadium der Entwicklung deutlich. Diverse funktionelle Anforderungen erfordern den Einsatz optimierter Verbindungselemente – insbesondere, da sie Hand in Hand gehen mit wachsendem wirtschaftlichem Druck in Entwicklung und Montage.
Serviceangebote bieten Unterstützung
Böllhoff unterstützt seine Kunden mit dem Ecotech-Service ausgehend von der Entwicklung und Validierung im gesamten Produktlebenszyklus. Je nach Anwendungsfall kommen dabei unterschiedliche Services zum Einsatz. Im Bereich der klassischen Schraubenverbindungen sowie DIN- und Norm-Artikel umfasst Ecotech eine persönliche Beratung, telefonisch oder vor Ort, Produktvorstellungen und eine Anwendungsbewertung. Experten unterstützen darüber hinaus mit Berechnungstools bei der Berechnung von Schraubenverbindungen. Tiefergehende Services und Methoden wie Tear-Down-Analysen, TechDays, CAE-Anwendungen und die Nutzung von mobilen Prüfgeräten kommen direkt in der Montage zum Einsatz. So lassen sich bestehende Anwendungen optimieren und Wissen rund um die Verbindungstechnik effektiv an den Kunden weitergeben. Gerade bei individuellen Kundenlösungen ist häufig eine weitergehende Validierung notwendig. Diese wird durch spezifische Analysetools und akkreditierte Labore ermöglicht.
Um schnellere Entwicklungszeiten und einen schnelleren Markteintritt zu ermöglichen, stehen verschiedenste Methoden zur Prototypenherstellung zur Verfügung. Diese erlauben es, sowohl Kundenbauteile als auch Verbindungselemente in kurzer Zeit physisch herzustellen und zu erproben. Hierbei kommen bei Böllhoff zahlreiche Fertigungsverfahren aus dem eigenen Maschinenpark zum Einsatz. Dazu zählen additive Verfahren in unterschiedlichen Materialien.
Maschinenrichtlinie stellt zusätzliche Forderungen
Anforderungen an die Schraubverbindung können anwendungs- und bauteilspezifisch sein oder durch übergeordnete Normen und Richtlinien vorgeschrieben werden. Beispiele hierfür sind die Bauprodukteverordnung, die Maschinenrichtlinie ISO 14119 oder die neue Version der Reach-Verordnung. Um diesen stetig wachsenden Anforderungen zeitnah gerecht zu werden und die richtigen Lösungen zu finden, ist es notwendig, nah am Kunden und nah am Markt zu sein: Zum Beispiel durch den Ecotech-Service und durch Normungs- und Forschungsprojekte. Dies ermöglicht es, aktuelle Themen und Herausforderungen aktiv zu begleiten und verschiedene Betrachtungsperspektiven einfließen zu lassen. Dank eines kontinuierlichen Austausches können so „pfiffige“ Produktlösungen entwickelt werden, von denen gleich eine Vielzahl von Anwendern profitieren.
Schraubensicherung und Manipulationsschutz
Exemplarisch für derartige Spezialverbindungselemente und Lösungen ist das Schraubensicherungsportfolio von Böllhoff mit der Sicherungsscheibe Ripp Lock und dem Manipulationsschutz Parryplug. Die Ripp Lock-Scheibe wurde als Ersatz für diverse Sicherungselemente etabliert, deren Norm aufgrund von fehlender Wirkung zurückgezogen wurde. Der Parryplug wurde entwickelt, um den Anforderungen der ISO 14119:2014 zu genügen. Diese neue Richtlinie schreibt vor, sicherheitsrelevante Schraubverbindungen an Maschinen und Anlagen gegen Demontage zu schützen.
Beide Elemente stellen für die jeweiligen Anforderungen kostengünstige Universallösungen dar. Damit erfüllen sie das höchste Ziel einer jeden Kundenberatung: Smarte Lösungen für aktuelle Markt- anforderungen.
Fazit
Zusammenfassend zeigen sich zunehmend Herausforderungen in der Verbindungstechnik, die längst über die klassische Schraubenauslegung hinausgehen. Standardlösungen reichen in vielen Fällen nicht mehr aus. Stattdessen erfordert die Vielzahl an möglichen Werkstoffen und Materialkombinationen eine Optimierung der verwendeten Verbindungselemente für den jeweiligen Anwendungsfall. Diesen neuen Herausforderungen lässt sich mit anwendungstechnischer Beratung von Experten, wie dem Ecotech-Service von Böllhoff, sowie Spezialverbindungselementen begegnen. bt
Details zu Verbindungslösungen aus unterschiedlichsten Branchen:
hier.pro/2SLqW
Kontakt:
Wilhelm Böllhoff GmbH & Co. KG
Archimedesstr. 1 – 4
33649 Bielefeld
Tel.: 0521448201
E-Mail: info@boellhoff.com
Website: www.boellhoff.com
Zum Unternehmen
Böllhoff ist weltweit Partner für 360°-Verbindungstechnik mit Montage- und Logistiklösungen. Das familiengeführte Unternehmen steht seit 1877 für langfristigen Erfolg durch Innovationskraft und Kundennähe und kennt die spezifischen Anforderungen der Kunden aus allen Industrien. Am Stammsitz in Bielefeld und im weltweiten Unternehmensverbund gestalten rund 3300 Mitarbeitende die Zukunft der Verbindungstechnik.