Anzugsmoment ermitteln und ein Anziehverfahren für eine Schraubverbindung wählen

Das Anzugsmoment ist ein Stellvertreter für die Klemmkraft, nicht das Ziel

Ein Momentenwert ist nicht das Ziel; die Klemmkraft, die er erzeugt, ist es. Wenn eine Schraube entlang ihrer Gewindesteigung gedreht wird, wird Drehbewegung in Linearbewegung umgesetzt, die Schraube dehnt sich und die geklemmten Teile werden zusammengedrückt. Der größte Teil des eingebrachten Moments wird jedoch darauf verwendet, Reibung zu überwinden, statt die Schraube zu dehnen ⁸. Die Aufteilung ist ungefähr 10 % nutzbare Vorspannung, 50 % Kopfreibung und 40 % Gewindereibung ⁸. Deshalb kann dasselbe Moment je nach Reibzustand der Verbindung sehr unterschiedliche Klemmkräfte erzeugen. Beginnen Sie stattdessen mit der erforderlichen Vorspannung. Eine Quelle auf Anbieterebene berichtet, dass die meisten Verbindungselemente auf 65–80 % der Strecklast angezogen werden, und rechnet eine M6-Stahlschraube mit 75 % der Strecklast durch ¹⁶. Für diese Schraube — Strecklast etwa 700 MPa über einer Zugspannungsquerschnittsfläche von etwa 20 mm², also eine Strecklast von 14.000 N und ein 75-%-Ziel von 10.500 N — gibt die Quelle an, dass das Ziel bei etwa 7–8 N·m geschmiert erreicht wird ¹⁶. Behandeln Sie das als quellenspezifische Beobachtung für eine geschmierte M6, nicht als Wert, den Sie auf eine trockene Verbindung übertragen: Dieselbe Schraube würde trocken für dieselbe Klemmkraft ein anderes Moment benötigen. Fragen Sie, bevor Sie irgendetwas berechnen, welche Vorspannung die Verbindung tatsächlich benötigt und wie breit das nutzbare Fenster ist. Dieses Fenster, nicht der Momentenwert, entscheidet über das Verfahren im nächsten Schritt.

Ein erstes Moment aus Klemmkraft und Nutzfaktor berechnen

Der Zusammenhang zwischen Moment und Vorspannung lässt sich als Moment = Last × Nennbolzendurchmesser × Nutzfaktor / 12 schreiben, wobei der Nutzfaktor K Gewindegeometrie, Steigung, Mutternflächenreibung und Gewindereibung in einer Zahl zusammenfasst ¹⁵. K wird experimentell bestimmt und variiert mit der Schmierung, sodass dieselbe Last unter unterschiedlichen Reibbedingungen zu unterschiedlichen Momenten führt ¹⁵. Das durchgerechnete Beispiel der Quelle: Bei 50.000 lb Last auf einem 1-1/8-in-Bolzen mit einem Haftschmierstoff mit Nutzfaktor 0,17 beträgt das Moment 50.000 × 1,125 × 0,17 / 12 = 797 ft-lb ¹⁵. Nutzfaktoren für Haftschmierstoffe liegen üblicherweise zwischen 0,15 und 0,20 ¹⁵. Dieses K ist das schwächste Glied. Es ist keine Konstante, die Sie annehmen dürfen — es muss für Ihre Kombination aus Verbindungselement, Beschichtung und Schmierstoff gemessen oder der einschlägigen Norm entnommen werden. Wenn Sie kein gemessenes K für Ihre Verbindung beschaffen können, ist das berechnete Moment nur ein Startschätzwert.

Das Anziehverfahren mit dem Vorspannfenster abgleichen

Das nutzbare Vorspannfenster geteilt durch die Streuung jedes Verfahrens bestimmt, welche Verfahren das Ziel treffen können. Passt ein Fenster von ±30 %, ist Momentensteuerung ausreichend ¹⁹ (lieferantenberichteter Wert); passt nur ±10–15 %, ist Moment-Winkel-Steuerung erforderlich ²³. Die folgenden Streuungswerte sind repräsentative Bereiche für fachgerecht ausgeführte Arbeiten, keine Garantien ¹⁹.

Das Moment an Schmierung und Beschichtung anpassen

Schmierung senkt die Reibung und damit das Moment, das für dieselbe Vorspannung erforderlich ist ⁸. Wendet man ein Trockenstahl-Moment auf ein geschmiertes Verbindungselement an, wird die Verbindung daher übergespannt — die Schraube erreicht eine höhere Klemmkraft, als die Spezifikation vorgesehen hat ²². Wenn Sie ein beschichtetes Verbindungselement spezifizieren, muss der Momentenwert die Beschichtung berücksichtigen ²². Zinklamellenbeschichtungen mit Deckbeschichtung halten einen Reibbeiwert, der je nach Spezifikation der Deckbeschichtung typischerweise zwischen 0,09 und 0,16 liegt, was ein besser vorhersagbares Moment-Vorspann-Verhalten ergibt als unbehandelter Stahl ¹¹. Genau diese Konsistenz ist der Punkt: Ein kontrollierter Reibbeiwert macht die Umsetzung von Moment in Vorspannung wiederholbarer, sodass das berechnete Moment näher an der tatsächlich erzielten Vorspannung liegt. Was die Quellen nicht liefern, ist ein K-Wert oder Momentenreduktionsfaktor je Schmierstoffart. Diesen müssen Sie vom Schmierstofflieferanten oder aus der einschlägigen Norm beschaffen und an einer Musterbindung verifizieren.

Das Werkzeug an das Verfahren anpassen

Das Werkzeug kann die Streuung dominieren, die mit der Verfahrenswahl erreicht werden sollte. Die Steuerungsgenauigkeiten von Werkzeugen reichen von ±0,25–5 % bei einem Schneckengetriebe-Momentenschlüssel bis ±10–30 % bei einem Schlagschrauber, mit computergesteuerter Vorspannung bei ±0,5–2 % ^{12 19} (lieferantenberichteter Wert). Ein hydraulischer Vorspannzkopf ist genauer (±1–5 %) als die meisten Momentenschlüssel (±3–15 % Hebel, ±10–30 % Schlag) ^{12 19} (lieferantenberichteter Wert). Wenn Sie Moment-Winkel-Steuerung für ein Fenster von ±10–15 % spezifizieren, aber mit einem Schlagschrauber anziehen, kann die Eigenstreuung des Werkzeugs die des Verfahrens übersteigen. Stimmen Sie die Genauigkeitsklasse des Werkzeugs vor der Freigabe für die Serienfertigung auf das Verfahren ab. Ein Anbieter merkt an, dass das Momentenanziehen das älteste, einfachste und kostengünstigste Verfahren für kontrolliertes Anziehen ist ¹⁷. Ein weiterer Anbieter berichtet, dass digitale Momentenschlüssel mit Echtzeit-Momentenkurven anormale Anziehzustände erkennen können ²⁵. Das sind Anbieterpositionen, keine unabhängige Verifikation der Werkzeugleistung an Ihrer Verbindung.

Die Verifikationsprüfung planen

Bei sicherheitskritischen hochfesten Baugruppen verliert die Verbindung nach dem Anziehen Vorspannung, sodass eine abschließende Momentenprüfung unmittelbar nach der Montage einen Wert anzeigen kann, der sich nicht hält. Planen Sie eine Entspannungsphase vor der endgültigen Prüfung ein.

• Planen Sie nach dem erstmaligen Anziehen sicherheitskritischer hochfester Baugruppen eine Entspannungsphase von 24–48 h vor der endgültigen Momentenprüfung ein ²⁴.
• Während dieser Phase verliert ein Verbindungselement mit frühzeitiger Wasserstoffversprödung Klemmkraft oder bricht, sodass die Prüfung es aufdeckt ²⁴.
• Verwenden Sie kalibrierte Momentenschlüssel oder Moment-Winkel-Ausrüstung, damit Verbindungselemente nicht über die spezifizierte Vorspannung hinaus überdreht werden ²⁴.
• Die erneute Momentenkontrolle nach der Entspannungsphase bestätigt die Integrität der Verbindung ²⁴.

Die maßgebliche Norm vor der Freigabe bestätigen

Die Quellen belegen, dass Normen Momententabellen und Berechnungsregeln vorgeben, aber sie geben sie nicht wieder. Bevor Sie eine Verbindung für die Serienfertigung freigeben, bestätigen Sie, welche Norm oder Spezifikation gilt, und beschaffen Sie die tatsächliche Tabelle oder Berechnungsregel. Der Zusammenhang zwischen Moment und Vorspannung und das Ziel von 65–80 % der Strecklast sind allgemeine Hinweise ¹⁶; der konkrete Momentenwert für Ihre Schraubengröße, Festigkeitsklasse und Ihren Schmierzustand stammt aus dem maßgeblichen Dokument, nicht aus diesem Artikel. Bei sicherheitskritischen oder hochfesten Verbindungen kann die Norm auch Anforderungen an Entspannungszeit, Prüfverfahren und Dokumentation setzen. Bestätigen Sie diese gleichzeitig mit dem Momentenwert.

Wo die Quellen uneins sind

Die Quellen dieses Datensatzes sind sich über den Zusammenhang zwischen Moment und Vorspannung sowie über die Verfahrensstreuungswerte einig. Der eine Streitpunkt, der diese Entscheidung berührt, betrifft die Auslagerungsdauer galvanisch verzinkter hochfester Verbindungselemente und damit, ob ein Beschichtungsprozessschritt ausreicht — nicht den Momentenwert selbst.

Häufige Fragen

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