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Wie lassen sich komplexe Schraubfälle mit einem intelligenten Schraubenzieher realisieren?

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Schraubenanzugssequenzen, intelligenter Schraubendreher, Elektroschrauber mit Drehmomentkontrolle

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In sicherheitskritischen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt oder dem Automobilbau ist die Qualität einer einzelnen Schraube nicht nur eine Frage des "Drehmomentes bis zum Ziel". In der Regel sind mehrstufige Anzugsstrategien erforderlich, um die endgültige Verriegelungsqualität zu erhöhen. Dies stellt jedoch hohe Anforderungen an den intelligenten Schraubendreher: Er muss eine hochpräzise Steuerung bieten und die Parameter jedes Schritts unabhängig voneinander einstellen können.
Am Beispiel der Strategie "Anziehen-Lösen, dreimal wiederholen" analysieren wir den verborgenen Zweck jedes einzelnen Schrittes.

1. Zyklus: 50 % Soll-Drehmoment + sofortiges Lösen
Beseitigung des Anfangsspiels und Abbau von Spannungen bei der Montage

Die Schraube wird mit 50 % des endgültigen Soll-Drehmoments angezogen, so dass die Gewinde leicht eingreifen und sich die Verbindungsflächen berühren, dann wird sie vollständig bis zum spannungsfreien Zustand gelockert.

Zweck: Beseitigung "unsichtbarer Hindernisse" zu Beginn der Montage. Die Eingriffsflächen können Bearbeitungsgrate oder Oxidschichten aufweisen, und zwischen den eingespannten Teilen können mikroskopisch kleine Spalten bestehen. Diese verursachen einen "falschen Sitz": Die Schraube scheint fest zu sitzen, aber es bleiben winzige Lücken oder lokale Belastungsspitzen.

ein Drehmoment von 50 % bringt alle Teile in leichten Kontakt; beim Lösen federn die Schraube und die Teile auf natürliche Weise zurück, wodurch die durch den ersten Kontakt erzeugte momentane elastische Spannung abgebaut wird.
2. Zyklus: 70 % Soll-Drehmoment + Lösen
Kalibrieren des Lastwegs und Ausgleichen der Lastverteilung

Erneutes Anziehen auf 70 % des Soll-Drehmoments. Jetzt sind alle Gewindeflanken im Eingriff, das Fügespiel ist vollständig beseitigt, und die Flächen sitzen fest; dann noch einmal lösen, bis die Schraube spannungsfrei ist.

Nach dem ersten Zyklus sind die Hindernisse beseitigt, aber es kann immer noch eine "lokale Überlastung" bestehen - vor allem, wenn die Steigungswinkel von Schraube und Mutter leicht unterschiedlich sind, so dass nur ein oder einige wenige Gewinde den größten Teil der Last tragen.

ein Drehmoment von 70 % zwingt alle Flanken zum progressiven Sitz, wodurch sich die Belastung von einer lokalen Konzentration auf die Verteilung über das gesamte Gewinde ändert.

Durch das Lösen werden die beim Einschrauben entstandenen Torsions-Eigenspannungen abgebaut, die später dem aufgebrachten Drehmoment entgegenwirken würden.

3. Zyklus: Enddrehmoment nach Vorgabe
Stabilisierung der Verbindung und Gewährleistung einer langfristigen Zuverlässigkeit

Die Schraube wird langsam auf das vorgegebene Enddrehmoment angezogen, wobei der Drehmomentanstieg gleichmäßig erfolgt. Wenn der Wert erreicht ist, stoppt das Werkzeug; es wird nicht weiter gelockert.

Nach den ersten beiden Zyklen sind die Gewinde vollständig und gleichmäßig eingedreht, es verbleiben keine Lücken oder Eigenspannungen. Das Aufbringen des Enddrehmoments führt nun zu einer stabilen axialen Vorspannung, und das Restdrehmoment entspricht vollständig den Prozessanforderungen.

Die meisten Elastizitäts- und Montagespannungen wurden in den ersten beiden Löseschritten abgebaut, wodurch ein Drehmomentabfall verhindert wird, der durch langsame Spannungsrelaxation im Betrieb verursacht wird, z. B. durch Fahrzeugvibrationen oder Hochtemperaturvibrationen in einem Flugzeugtriebwerk, die beide zu sekundären Verformungen und Lockerungen führen können, wenn die Spannungen nicht abgebaut wurden.

Eine Schraube, die in dieser Reihenfolge angezogen wird, hat einen stabilen Gewindekontakt und eine gleichmäßige Belastung; selbst unter komplexen Betriebsbedingungen behält sie ihre Vorspannkraft bei und erfüllt die Kernanforderung der "langfristigen Zuverlässigkeit".

Die Sequenz stellt hohe Anforderungen an den intelligenten Schrauber:

Er muss vollständig programmierbare Mehrschrittroutinen unterstützen

Muss eine genaue Einstellung von Drehmoment, Geschwindigkeit und Pausenzeit (Pause nach dem Lösen, damit die Spannung abgebaut werden kann) für jeden Schritt ermöglichen

Muss ein Drehmoment-Feedback bieten, um das tatsächliche Drehmoment in Echtzeit zu überwachen und zu gewährleisten, dass jeder Schritt genau wie angegeben ausgeführt wird.