Vorspannkraft bei Kunststoffverbindungen

Die Klemmkraft ist die Kraft, welche auf die Verbindungselemente wirkt, um diese zusammenzuhalten. Ihr entgegen wirken äußere Belastungen und Vibrationen, die in statisch und dynamisch unterteilt werden.

Das aufgebrachte Drehmoment rotiert die Schraube, die aufgrund der Steigung ihres Gewindes axial in der Verbindung voranschreitet, bis der Schraubenkopf sitzt. Ab diesem Moment wandelt es sich in axiale Kraft um, welche die Verbindung zusammenhält.

Die Klemmkraft sollte ausreichend hoch gewählt werden. Andererseits kann eine externe Kraft zum Versagen durch Bruch führen. Des Weiteren können bei zu hoher Klemmkraft plastische Verformungen in den Teilen auftreten, was schließlich zu Brüchen oder Lecks führen kann. (Siehe Fig. 2)

Normalerweise werden Verbindungen in Bezug auf Energie betrachtet, also eine über die Zeit ausgeübte Kraft. Das aufgebrachte Drehmoment beim Anziehen, führt Energie hinzu. Diese Energie wird in Form von Klemmkraft gehalten und ermöglicht es der Verbindung, äußeren Belastungen zu widerstehen.

Es ist zu beachten, dass der Energieübertrag in geschraubten Verbindungen ineffizient ist, da eine beträchtliche Menge an Energie aufgrund der Reibung verloren geht. Die Kontrolle der Reibungsbedingungen ist deshalb wichtig, um die endgültige Klemmkraft zu bestimmen.

Ein höheres Anzugsmoment führt nicht immer zu einer höheren Klemmkraft. Folgende Faktoren haben Einfluss auf die Klemmkraft:

• Anzugsmoment: Maximales Drehmoment, das aufgebracht wird und Hauptfaktor für die Klemmkraft verantwortlich ist.

• Reibungskoeffizient der Beschichtung: Je größer der Reibungskoeffizient, desto geringer ist die Klemmkraft, die sich aus dem eingebrachten Drehmoment ergibt. (Siehe Fig. 3)Effizienz 

• Antriebs: Der Antrieb überträgt das Drehmoment vom Schraubendreher auf die Schraube. Ein sehr effizienter Antrieb ermöglicht eine bessere Drehmomentübertragung und folglich eine höhere Klemmkraft der Verbindung. TORX PLUS® Antrieb garantiert eine optimale Übertragung des Montagedrehmoments und bietet eine höhere Klemmkraft als Philips-, POZI oder TORX® Antrieb

• Gewindegeometrie: Das Gewindedesign beeinflusst das Verhältnis zwischen Drehmoment und Klemmkraft. Im Allgemeinen erhöht eine feinere Steigung die Klemmkraft, sofern der resultierende Anstieg der Reibung diese Erhöhung nicht überwindet.

Es gibt präzise Techniken, um die Klemmkraft in einer Verbindung zu messen, aber dies kann sehr aufwendig sein, da die meisten Sensoren im Inneren der Verbindung angebracht werden müssen. Aus diesem Grund wird die Klemmkraft normalerweise indirekt charakterisiert, indem das Drehmoment gemessen wird. Das Drehmoment ist proportional zur angelegten Klemmkraft und kann extern gemessen werden. Daher ist es notwendig, geeignete Werkzeuge zu verwenden.