DE102018219093A1

DE102018219093A1 - Procedure for testing the coefficient of friction of a screw and coefficient of friction test for screws

Info

Publication number: DE102018219093A1
Application number: DE102018219093.3A
Authority: DE
Inventors: Roland Bingeser; Joscha Klusmeier
Original assignee: Richard Bergner Holding & Co KG GmbH; OKS Spezialschmierstoffe GmbH
Current assignee: Richard Bergner Holding & Co KG GmbH; OKS Spezialschmierstoffe GmbH
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Das Verfahren und der Reibwertprüfstand (2) dienen zur Prüfung eines Reibwerts einer Schraube (16), wobei die Schraube (16) sich entlang einer Rotationsachse (6) erstreckt und einen Kopf (18) sowie einen sich daran anschließenden Schaft (20) mit einem Gewinde (24) aufweist und an einer zum Schaft (20) orientierten Unterseite des Kopfes (18) eine Kopfauflage (22) ausgebildet ist. Es werden zwei getrennte Messungen einerseits zur Ermittlung eines Reibwerts für die Kopfauflage (22) und andererseits zur Ermittlung eines Reibwerts für das Gewinde (24) durchgeführt wobei bei der Bestimmung des Reibwerts für die Kopfauflage (22) keine Reibbelastung des Gewindes (24) auftritt und umgekehrt.The method and the coefficient of friction test stand (2) serve to test a coefficient of friction of a screw (16), the screw (16) extending along an axis of rotation (6) and a head (18) and an adjoining shaft (20) with a Has thread (24) and a head rest (22) is formed on an underside of the head (18) oriented towards the shaft (20). Two separate measurements are carried out, on the one hand, to determine a coefficient of friction for the head support (22) and, on the other hand, to determine a coefficient of friction for the thread (24) vice versa.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Reibwerts einer Schraube sowie einen Reibwertprüfstand für Schrauben.The invention relates to a method for testing a coefficient of friction of a screw and a coefficient of friction test stand for screws.

Für eine zuverlässige, qualitativ hochwertige Schraubverbindung, insbesondere bei automatisierten Schraubvorgängen und speziell beispielsweise in der Automobilindustrie oder auch im Flugzeugbau, ist eine möglichst exakte und genaue Kenntnis der einzelnen für die Schraubverbindung maßgebenden Parameter einer Bauteilpaarung von wesentlicher Bedeutung.For a reliable, high-quality screw connection, especially in automated screwing processes and especially, for example, in the automotive industry or in aircraft construction, it is essential to know the individual parameters of a component pairing that are decisive for the screw connection.

Eine spezielle Rolle spielt hierbei das Reiberverhalten einer Schraube beim Schraubvorgang. Eine jeweilige Schraubverbindung ist für eine zuverlässige Verbindung üblicherweise bis zu einer vordefinierten Vorspannkraft anzuziehen, bei der die Schraube zur Verspannung des Gewindes mit einem Gegengewinde eine elastische Dehnung erfährt. Bei einem Schraubvorgang wird dabei ein hoher Anteil, beispielsweise bis zu 80%, des für die Drehbewegung aufgebrachten Drehmoments in Reibung und nur ein geringerer Teil in die Dehnung umgesetzt. Die Reibung hängt entscheidend von der Materialpaarung sowie von den Oberflächen der Schraube einerseits und des Gegenstücks andererseits ab. Beim Schraubvorgang treten dabei typischerweise an zwei voneinander getrennten Stellen der Schraube Reibbelastungen auf. Dies ist einerseits die Reibung an einer Unterseite des Kopfes, mit der dieser gegen ein Bauteil anliegt und beim Schraubvorgang entsprechend auch gegen das Bauteil verdreht wird. Diese Seite wird allgemein auch als Kopfauflage bezeichnet. Daneben ist die Reibung eines Gewindes der Schraube von entscheidender Bedeutung.The friction behavior of a screw during the screwing process plays a special role here. For a reliable connection, a respective screw connection is usually to be tightened up to a predefined pretensioning force at which the screw undergoes an elastic expansion in order to brace the thread with a counter thread. In a screwing process, a high proportion, for example up to 80%, of the torque applied for the rotary movement is converted into friction and only a minor part into the expansion. The friction depends crucially on the material combination and on the surfaces of the screw on the one hand and the counterpart on the other. During the screwing process, frictional loads typically occur at two separate points on the screw. On the one hand, this is the friction on an underside of the head, with which the head rests against a component and is correspondingly rotated against the component during the screwing process. This page is commonly referred to as the headrest. In addition, the friction of a screw thread is of crucial importance.

Insofern ist allgemein die Kenntnis der Reibwerte einer Schraube jeweils in Abhängigkeit einer jeweiligen Bauteilpaarung gewünscht. Zur Ermittlung der Reibwerte sind grundsätzlich Reibwertprüfungen bekannt. Bei diesen wird typischerweise die Schraube in eine Mutter eingedreht und es wird eine Kraft-Messdose zwischen Mutter und Kopf eingespannt.In this respect, it is generally desirable to know the coefficients of friction of a screw as a function of a respective pair of components. In principle, friction coefficient tests are known for determining the coefficient of friction. In these, the screw is typically screwed into a nut and a load cell is clamped between the nut and head.

Eine derartige Reibwertprüfung erfolgt beispielsweise gemäß DIN EN ISO 16047 . Der Nachteil von herkömmlichen Reibwertprüfungen ist darin zu sehen, dass keine klare Trennung zwischen einer einwirkenden Vorspannkraft und dem aufgebrachten Drehmoment möglich ist.Such a friction coefficient test is carried out, for example, according to DIN EN ISO 16047 . The disadvantage of conventional friction tests is that there is no clear separation between an applied preload force and the applied torque.

Aus der EP 1 254 355 B1 ist ein Prüfgerät zu entnehmen, bei dem die Reibwerte des Schraubenkopfes, also der Kopfauflage, und die des Gewindes durch zwei getrennte Sensoren gemessen werden. Hierzu weist ein entsprechender Prüfstand eine Trägerplatte auf. Der Kopf der Schraube wird durch einen ersten Adapter hindurchgeführt, der sich über einen ersten Kraftsensor auf einer ersten Seite der Trägerplatte abstützt. Das Gewinde der Schraube ist in eine Mutter eingeschraubt, die sich über einen zweiten Kraftsensor an der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte abstützt. Bei einem Anziehen der Schraube, also einem Einschrauben der Schraube in die Mutter, wird gleichzeitig eine Axialkraft vom Gewinde auf die Mutter sowie vom Kopf auf den Adapter übertragen. Diese beiden Kräfte werden über die beiden Kraftsensoren jeweils separat erfasst. Eine unabhängige Bestimmung der Reibwerte der Kopfauflage einerseits und des Gewindes andererseits ist jedoch auch hiermit nicht ohne weiteres möglich.From the EP 1 254 355 B1 A test device can be found in which the friction values of the screw head, i.e. the head rest, and that of the thread are measured by two separate sensors. For this purpose, a corresponding test stand has a carrier plate. The head of the screw is passed through a first adapter, which is supported on a first side of the carrier plate via a first force sensor. The thread of the screw is screwed into a nut, which is supported by a second force sensor on the opposite side of the carrier plate. When the screw is tightened, i.e. the screw is screwed into the nut, an axial force is simultaneously transmitted from the thread to the nut and from the head to the adapter. These two forces are recorded separately via the two force sensors. An independent determination of the coefficients of friction of the headrest on the one hand and of the thread on the other hand is not easily possible with this, however.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine unabhängige Ermittlung der Reibwerte einerseits für die Kopfauflage und andererseits für das Gewinde zu ermöglichen.Proceeding from this, the object of the invention is to enable an independent determination of the coefficients of friction on the one hand for the headrest and on the other hand for the thread.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Prüfung, insbesondere zur Ermittlung eines Reibwerts einer Schraube, wobei die Schraube sich entlang einer Rotationsachse erstreckt und einen Kopf sowie einen sich daran anschließenden Schaft mit einem Gewinde aufweist. An einer zum Schaft orientierten Unterseite des Kopfes ist eine Kopfauflage ausgebildet. Bei dem Verfahren werden zwei getrennte Messungen einerseits zur Ermittlung eines Reibwerts für die Kopfauflage und andererseits zur Ermittlung eines Reibwerts für das Gewinde durchgeführt. Unter zwei getrennten Messungen wird herbei verstanden, dass die Messungen in zeitlicher Abfolge erfolgen oder zumindest anhand zweier Schrauben (des gleichen Typs). Zur Ermittlung des Reibwerts für die Kopfauflage wird diese mit einer vorgegebenen Vorspannkraft gegen ein Bauteil gepresst und es wird der Schaft verdreht, ohne dass jedoch das Gewinde in einem Gegengewinde verdreht wird, wie dies bei herkömmlichen Prüfvorgängen erfolgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei dieser ersten Messung lediglich die Kopfauflage reibbelastet wird. Umgekehrt wird zur Ermittlung des Reibwerts für das Gewinde der Schaft mit einer vorgegebenen Vorspannkraft gegen ein Gegengewinde angezogen und in diesem verdreht, ohne dass jedoch die Kopfauflage reibbelastet wird, also ohne dass die Kopfauflage gegen ein Bauteil verdreht wird. Weiterhin wird jeweils, also während jeder dieser beiden getrennten Messungen, ein auf den Schaft aufgebrachtes Drehmoment erfasst. Aus der Korrelation zwischen der definierten Vorspannkraft und dem aufgebrachten Drehmoment wird dann vorzugsweise jeweils ein Reibwert für die Kopfauflage und andererseits für das Gewinde in an sich bekannter Weise abgeleitet.The object is achieved according to the invention by a method for testing, in particular for determining a coefficient of friction of a screw, the screw extending along an axis of rotation and having a head and an adjoining shaft with a thread. A head rest is formed on an underside of the head oriented toward the shaft. In the method, two separate measurements are carried out on the one hand to determine a coefficient of friction for the headrest and on the other hand to determine a coefficient of friction for the thread. Two separate measurements mean that the measurements take place in chronological order or at least using two screws (of the same type). To determine the coefficient of friction for the headrest, it is pressed against a component with a predetermined preload force and the shaft is rotated without the thread being twisted in a counter-thread, as is the case with conventional test procedures. This ensures that only the headrest is subjected to friction during this first measurement. Conversely, in order to determine the coefficient of friction for the thread, the shank is tightened against a counter thread with a predetermined pretensioning force and rotated in it, but without the head rest being subjected to friction, i.e. without the head rest being rotated against a component. Furthermore, a torque applied to the shaft is recorded in each case, ie during each of these two separate measurements. From the correlation between the defined pretensioning force and the applied torque, a coefficient of friction for the headrest and on the other hand for the thread is then preferably derived in a manner known per se.

Durch die beiden getrennten Messungen werden also in besonders effektiver Weise die beiden Reibwerte vollkommen unabhängig voneinander bestimmt. Entscheidend hierfür ist bei der Messung des Reibwerts des einen Teils (Kopfauflage oder Gewinde), dass das jeweils andere Teil (Gewinde bzw. Kopfauflage) keiner Reibbelastung unterliegt, also nicht gegen ein Gegenlager (Gegenfläche oder Gegengewinde) verdreht wird.The two separate measurements therefore make the two coefficients of friction completely independent of one another in a particularly effective manner certainly. When measuring the coefficient of friction of one part (head rest or thread), it is crucial that the other part (thread or head rest) is not subject to any friction load, i.e. is not rotated against a counter bearing (counter surface or counter thread).

Von besonderer Bedeutung ist weiterhin, dass die Verdrehung des Schafts sowie die Erzeugung der Vorspannkraft unabhängig und vollständig voneinander entkoppelt erfolgen. Bei bisherigen Prüfständen wurde die Vorspannkraft jeweils durch das Eindrehen der Schraube in ein Gegengewinde erzeugt. Vorliegend sind zwei voneinander unabhängige Antriebe zur Erzeugung der Vorspannkraft einerseits und der Erzeugung des Drehmoments andererseits vorgesehen.It is also of particular importance that the rotation of the shaft and the generation of the pretensioning force take place independently and completely decoupled from one another. In previous test stands, the preload was generated by screwing the screw into a counter thread. In the present case, two mutually independent drives for generating the pretensioning force on the one hand and for generating the torque on the other hand are provided.

Durch die unabhängige Bestimmung der Reibwerte sind diese genauer und eben unbeeinflusst voneinander, sodass genauere Aussagen über die Eigenschaften einer Schraubverbindung getroffen werden.Due to the independent determination of the coefficients of friction, these are more precise and unaffected by one another, so that more precise statements are made about the properties of a screw connection.

Ein derartiges Verfahren wird gemäß einer ersten Variante allgemein zur Prozessüberwachung bei der Herstellung von Schrauben eingesetzt, um die Güte und Qualität der gefertigten Schrauben beispielsweise anhand von Stichproben zu überprüfen.According to a first variant, such a method is generally used for process monitoring in the production of screws, in order to check the quality and quality of the screws produced, for example on the basis of random samples.

Gemäß einem zweiten Einsatzzweck wird dieses Verfahren bei der Entwicklung und Prüfung von neuen Bauteilpaarungen eingesetzt, insbesondere beispielsweise bei der Entwicklung oder Prüfung von bestimmten Materialkombinationen, Beschichtungen, Gleitmitteln, Schmiermitteln etc. So spielen nämlich beispielsweise Beschichtungen bei Schrauben eine entscheidende Rolle, um ein möglichst leichtgängiges Verschrauben zu gewährleisten und die notwendigen Vorspannkräfte aufbringen zu können. Derartige Beschichtungen unterliegen jedoch beim Schraubvorgang einem sehr hohen Verschleiß. Speziell bei Schraubverbindungen, die mehrfach gelöst werden, ist daher auch die Kenntnis über eine Dauerfestigkeit von solchen Beschichtungen bei wiederholten Schraubvorgängen von besonderer Bedeutung.According to a second application, this method is used in the development and testing of new component pairings, in particular, for example, in the development or testing of certain material combinations, coatings, lubricants, lubricants, etc. For example, coatings for screws play a decisive role in ensuring the smoothest possible operation To ensure screwing and to be able to apply the necessary pretensioning forces. However, such coatings are subject to very high wear during the screwing process. In the case of screw connections that are loosened several times, knowledge of the fatigue strength of such coatings is therefore of particular importance during repeated screwing operations.

In zweckdienlicher Ausgestaltung wird bei der Bestimmung des Reibwerts der Kopfauflage zunächst der Kopf und damit die Kopfauflage mit der vorgegebenen Vorspannkraft gegen das Bauteil gespannt. Der Schaft tritt durch ein Loch im Bauteil frei hindurch, das heißt der Lochdurchmesser ist größer als ein Durchmesser des mit dem Gewinde versehenen Schafts. Der Schaft wird weiterhin von dem ersten Antrieb drehfest gegriffen und um die Rotationsachse gedreht. Es wird also keine auf das Gewinde aufgebrachte Mutter relativ zum Schaft und auf dem Gewinde verdreht. Während dieser Drehbewegung wird das auf den Schaft aufgebrachte Drehmoment erfasst. Aus der Korrelation zwischen der vorgegebenen Vorspannkraft und dem erfassten Drehmoment wird dann schließlich der Reibwert für die Kopfauflage ermittelt.In an expedient embodiment, when determining the coefficient of friction of the head rest, the head and thus the head rest are first clamped against the component with the predetermined pretensioning force. The shaft freely passes through a hole in the component, that is, the hole diameter is larger than a diameter of the threaded shaft. The shaft is still rotatably gripped by the first drive and rotated about the axis of rotation. So no nut attached to the thread is rotated relative to the shaft and on the thread. During this rotational movement, the torque applied to the shaft is recorded. The coefficient of friction for the headrest is then finally determined from the correlation between the predetermined preload force and the detected torque.

Im Unterschied hierzu wird in bevorzugter Ausgestaltung zur Prüfung des Reibwerts des Gewindes zunächst eine Mutter auf das Gewinde aufgeschraubt. Die Mutter wird drehfest gehalten und ist auch in Richtung der Rotationsachse axial fest fixiert. Unter Mutter wird hierbei jegliches Bauteil mit einem Gegengewinde, speziell Innengewinde für das Gewinde der Schraube verstanden. Auf den Schaft wird wiederum die vorgegebene Vorspannkraft in Richtung der Rotationsachse aufgebracht. Durch die in axialer Richtung ortsfeste Fixierung der Mutter wird daher das Gewinde mit dem Gegengewinde (Innengewinde der Mutter) mit der Vorspannkraft verspannt. Für die ortsfeste Fixierung der Mutter liegt diese vorzugsweise an dem Bauteil an, durch das der Schaft hindurchgeführt ist.In contrast to this, in a preferred embodiment, a nut is first screwed onto the thread to check the coefficient of friction of the thread. The nut is held in a rotationally fixed manner and is also fixed axially in the direction of the axis of rotation. In this context, nut is understood to mean any component with a counter thread, especially an internal thread for the thread of the screw. The specified pretensioning force is in turn applied to the shaft in the direction of the axis of rotation. Due to the stationary fixation of the nut in the axial direction, the thread with the counter thread (internal thread of the nut) is therefore tensioned with the pretensioning force. For the stationary fixation of the nut, this preferably lies on the component through which the shaft is passed.

Weiterhin wird der Schaft um die Rotationsachse verdreht, so dass das Gewinde der Schraube verdreht sich relativ zum Innengewinde der Mutter verdreht, wobei die beiden Gewinde über die aufgebrachte Vorspannkraft gegeneinander verspannt sind. Gleichzeitig sind der Kopf und die Kopfauflage frei. Hierunter wird verstanden, dass der Kopf nicht gegen eine Anlagefläche beispielsweise des Bauteils anliegt. Der Kopf dreht daher frei mit, ohne dass von ihm oder auf ihn eine zusätzliche Reibkraft ausgeübt wird. Auch hier wird schließlich aus der Korrelation zwischen der vorgegebenen Vorspannkraft und dem erfassten Drehmoment der Reibwert für das Gewinde ermittelt.Furthermore, the shaft is rotated about the axis of rotation, so that the thread of the screw is rotated relative to the internal thread of the nut, the two threads being braced against one another via the applied preloading force. At the same time, the head and headrest are free. This is understood to mean that the head does not bear against a contact surface, for example of the component. The head therefore rotates freely without any additional frictional force being exerted by or on it. Here, too, the coefficient of friction for the thread is finally determined from the correlation between the predetermined preload force and the detected torque.

In zweckdienlicher Weiterbildung wird das aufgebrachte Drehmoment drehwinkelabhängig erfasst. Hierunter wird verstanden, dass das Drehmoment über einen definierten Drehwinkel kontinuierlich erfasst wird. Es wird also ein Drehmomentverlauf in Abhängigkeit des Drehwinkels bestimmt. Dies erfolgt durch eine kontinuierliche Messung oder auch durch wiederholte Messungen nach definierten Drehwinkel-Intervallen, z.B. von 1-10 °. Typischerweise wird der Drehmomentverlauf über zumindest eine halbe, zumindest eine oder mehrere Umdrehungen erfasst. In an expedient further development, the torque applied is recorded as a function of the angle of rotation. This means that the torque is continuously recorded over a defined angle of rotation. A torque curve is therefore determined as a function of the angle of rotation. This is done by a continuous measurement or by repeated measurements after defined rotation angle intervals, e.g. from 1-10 °. The torque curve is typically recorded over at least half, at least one or more revolutions.

Diese drehwinkelabhängige Erfassung ist von entscheidender Bedeutung, um eine Aussage treffen zu können, ob und inwieweit eine Schraube beispielsweise mehrfach angezogen werden kann. Insofern lässt sich aus dieser drehwinkelabhängigen Kenntnis des Reibwerts eine zusätzliche Aussage z.B. über ein wiederholtes Anziehen der jeweiligen Schraube angeben.This detection, which is dependent on the angle of rotation, is of crucial importance in order to be able to make a statement as to whether and to what extent a screw can be tightened several times, for example. In this respect, an additional statement e.g. specify by repeatedly tightening the respective screw.

In bevorzugter Ausbildung wird dabei ein maximaler Drehwinkel als Belastungsgrenze für die Schraube in Abhängigkeit der Vorspannkraft festgelegt, wenn ein spezielles, vorgegebenes (Maximal-)Drehmoment überschritten wird. Bei Überschreiten eines solchen maximalen Drehmoments deutet dies beispielsweise auf ein Versagen der Beschichtung hin, die ein weiteres Verwenden der Schraube nicht mehr qualitätssicher ermöglicht. In a preferred embodiment, a maximum angle of rotation is defined as the load limit for the screw as a function of the pretensioning force when a specific, predetermined (maximum) torque is exceeded. If such a maximum torque is exceeded, this indicates, for example, a failure of the coating, which no longer enables the screw to be used in a quality-assured manner.

Die drehwinkelabhängige Ermittlung der Drehmomente wird vorzugsweise sowohl für die Kopfauflage als auch für das Gewinde durchgeführt. Vorzugsweise wird sie jedoch bei der Ermittlung des Reibwerts für das Gewinde durchgeführt.The determination of the torques depending on the angle of rotation is preferably carried out both for the headrest and for the thread. However, it is preferably carried out when determining the coefficient of friction for the thread.

In bevorzugter Weiterbildung wird die Kenntnis der Drehwinkelabhängigkeit des Drehmoments und damit des Reibwerts speziell für das Gewinde, für die Bestimmung von Kennwerten und Belastungsgrenzen von unterschiedlich langen Schrauben des gleichen Typs herangezogen. Unter Schrauben des gleichen Typs wird verstanden, dass die Schrauben bis auf die Schaft- und Gewindelänge identisch sind. Speziell wird beispielsweise aus der bekannten Drehwinkelabhängigkeit, insbesondere aus der bekannten Belastungsgrenze (maximaler Drehwinkel) eine maximale Schraubenlänge bzw. Gewindelänge bestimmt.In a preferred development, the knowledge of the angle of rotation dependence of the torque and thus of the coefficient of friction is used specifically for the thread, for the determination of characteristic values and load limits of screws of different length of the same type. Screws of the same type are understood to mean that the screws are identical except for the shaft and thread length. Specifically, for example, a maximum screw length or thread length is determined from the known angle of rotation dependency, in particular from the known load limit (maximum angle of rotation).

Dies beruht dabei auf der Überlegung, dass Schrauben unterschiedlicher Länge beim Anziehen der Schraubverbindung über eine unterschiedliche axiale Länge elastisch gedehnt werden müssen, um eine gewünschte (identische) Vorspannkraft zu erzeugen.This is based on the consideration that screws of different lengths must be elastically stretched over a different axial length when tightening the screw connection in order to generate a desired (identical) pretensioning force.

In bevorzugter Weiterbildung ist ergänzend oder alternativ auch die Erfassung eines kraftabhängigen Reibwerts vorgesehen. Hierzu wird eine Reihe von Messungen durchgeführt, es werden also mehrere Messungen durchgeführt, wobei für jede einzelne Messung der Reihe der Wert der vorgegebenen Vorspannkraft verändert wird und hieraus eine Korrelation zwischen Kraft und Drehmoment ermittelt wird. Es wird also zu jedem Wert der Vorspannkraft ein zugehöriger Wert des Drehmoments ermittelt. Vorzugsweise wird dies wiederum bei der Ermittlung des Reibwerts für das Gewinde durchgeführt. Für die mehreren Messungen der Reihe werden dabei vorzugsweise jeweils neue, also unbelastete Schrauben des gleichen Typs verwendet. Dieselbe Schraube wird daher nicht mehrfach ausgemessen.In a preferred development, the detection of a force-dependent coefficient of friction is additionally or alternatively provided. For this purpose, a series of measurements is carried out, that is, several measurements are carried out, the value of the predetermined pretensioning force being changed for each individual measurement of the series and a correlation between force and torque being determined from this. An associated torque value is therefore determined for each value of the preload force. This is preferably carried out again when determining the coefficient of friction for the thread. New, ie unloaded screws of the same type are preferably used for the several measurements in the series. The same screw is therefore not measured several times.

Zweckdienlicherweise wird auch hierbei, wenn ein vorgegebenes (maximales) Drehmoment überschritten wird, auf eine maximale Vorspannkraft als Belastungsgrenze für die Schraube, speziell für das Gewinde bzw. auch für die Kopfauflage geschlossen. Die Überschreitung des vorgegebenen Drehmoments deutet wiederum auf einen zu hohen Reibwert und damit z.B. auf ein Versagen z.B. einer Beschichtung hin.Appropriately, here too, if a predetermined (maximum) torque is exceeded, a maximum pretensioning force is concluded as a load limit for the screw, especially for the thread or also for the headrest. Exceeding the specified torque in turn indicates that the coefficient of friction is too high and thus e.g. on failure e.g. a coating.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch einen Reibwertprüfstand zur Durchführung eines solchen zuvor beschriebenen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Der Reibwertprüfstand weist dabei einen ersten Antrieb zur Übertragung eines Drehmoments auf die Schraube, speziell auf den Schaft sowie einen zweiten Antrieb zur Erzeugung einer auf die Schraube einwirkenden Vorspannkraft in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse auf. Weiterhin weist der Reibwertprüfstand eine Einrichtung zur Erfassung des aufgebrachten Drehmoments und eine Einrichtung zur Erfassung der Vorspannkraft auf. Bei diesen Einrichtungen handelt es sich entweder um separate Messeinheiten, wie beispielsweise einen Drehmomentaufnehmer oder auch ein Kraftaufnehmer, wie beispielsweise eine Kraftmessdose. Alternativ handelt es sich bei der Einrichtung jeweils um eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Antriebsparametern der Antriebe, wobei aus diesen Antriebsparametern das Drehmoment bzw. die Vorspannkraft abgeleitet wird. Bei den Antrieben handelt es sich insbesondere um elektrische und / oder hydraulische Antrieb.The object is further achieved according to the invention by a friction test bench for carrying out such a previously described method with the features of claim 10. The friction test bench has a first drive for transmitting a torque to the screw, especially to the shaft, and a second drive for generating one the biasing force acting in the axial direction, that is, in the direction of the axis of rotation. Furthermore, the coefficient of friction test rig has a device for detecting the applied torque and a device for detecting the pretensioning force. These devices are either separate measuring units, such as a torque transducer, or a force transducer, such as a load cell. Alternatively, the device is in each case an evaluation unit for evaluating drive parameters of the drives, the torque or the pretensioning force being derived from these drive parameters. The drives are in particular electrical and / or hydraulic drives.

Für die Erzeugung der Vorspannkraft wird allgemein ein elektrischer, ein hydraulischer Antrieb oder auch ein mechanischer (Hand-) Antrieb, z.B. ein handbetriebener Spindelantrieb eingesetzt. In jedem Fall wird auf einen Stempel oder eine Spindel eine in Richtung der Rotationsachse wirkende Axialkraft erzeugt, die auf die Schraube übertragen wird.To generate the pretensioning force, an electric, a hydraulic drive or a mechanical (manual) drive, e.g. a hand-operated spindle drive is used. In any case, an axial force acting in the direction of the axis of rotation is generated on a punch or a spindle, which is transmitted to the screw.

Weiterhin umfasst der Prüfstand ein ortsfest gehaltenes Bauteil, gegen das bei der Ermittlung des Reibwerts der Kopfauflage der Kopf mittels des zweiten Antriebs verspannbar ist. Weiterhin ist der erste Antrieb zur Erzeugung der Drehbewegung des Schafts ausgebildet. Es sind zudem Übertragungsmittel zur Übertragung der Drehbewegung auf den Schaft vorgesehen. Für die Ermittlung des Reibwerts des Gewindes ist eine Mutter auf das Gewinde aufgeschraubt und in einem Fixierelement, die insbesondere am Bauteil angebracht ist, orts- und drehfest gehalten.Furthermore, the test stand comprises a component which is held stationary and against which the head can be braced by means of the second drive when determining the coefficient of friction of the headrest. Furthermore, the first drive is designed to generate the rotary movement of the shaft. There are also transmission means for transmitting the rotational movement to the shaft. To determine the coefficient of friction of the thread, a nut is screwed onto the thread and held in a fixed and rotationally fixed manner in a fixing element, which is attached in particular to the component.

Allgemein ist von besonderer Bedeutung, dass die Vorspannkraft separat mittels eines eigenen Antriebs auf die Schraube aufgebracht wird.In general, it is of particular importance that the pretensioning force is applied to the screw separately using its own drive.

Vorzugsweise sind der erste und der zweite Antrieb gegenüberliegend zum Bauteil angeordnet. Der zweite Antrieb zur Erzeugung der Vorspannkraft presst dabei die Kopfauflage bzw. die Mutter in Richtung der Rotationsachse gegen das Bauteil.The first and the second drive are preferably arranged opposite the component. The second drive for generating the preload force presses the headrest or the nut against the component in the direction of the axis of rotation.

Zur Übertragung der Drehbewegung auf den Schaft ist der zweite Antrieb vorzugsweise mit einem herkömmlichen Werkzeugschlüssel zur Übertragung der Drehbewegung versehen. Dieser greift bei der Ermittlung des Reibwerts für das Gewinde vorzugsweise am Schraubenkopf an und im Falle der Ermittlung des Reibwerts für die Kopfauflage vorzugsweise an einer Mutter, die auf den Schaft gegen eine Kontermutter verschraubt ist. Die Kontermutter verhindert eine Verdrehung der Mutter relativ zum Gewinde. To transmit the rotary movement to the shaft, the second drive is preferably provided with a conventional tool key for transmitting the rotary movement. When determining the coefficient of friction for the thread, the latter preferably engages the screw head and, in the case of determining the coefficient of friction for the head support, preferably on a nut which is screwed onto the shaft against a lock nut. The lock nut prevents the nut from rotating relative to the thread.

Das zuvor erwähnte Fixierelement, über das die aufgeschraubte Mutter drehfest gehalten ist, weist vorzugsweise eine Innenkontur auf, die zumindest bereichsweise komplementär zu der Außenkontur der Mutter ausgebildet ist. Im einfachsten Fall ist das Fixierelement gebildet durch zwei gegenüberliegende Anschlagsflächen, die um eine Schlüsselweite der jeweiligen Mutter beabstandet sind. Vorzugsweise ist jedoch die Innenkontur des Fixierelements vollumfänglich komplementär zu der Außenkontur der Schraube ausgebildet. Bei einer polygonalen (z.B. hexagonal) Außenkontur weist das Fixierelements die gleiche Polygonalität (hexagonal) auf.The aforementioned fixing element, by means of which the screwed-on nut is held in a rotationally fixed manner, preferably has an inner contour which is at least partially complementary to the outer contour of the nut. In the simplest case, the fixing element is formed by two opposing stop surfaces which are spaced apart by a key width of the respective nut. However, the inner contour of the fixing element is preferably designed to be completely complementary to the outer contour of the screw. In the case of a polygonal (e.g. hexagonal) outer contour, the fixing element has the same polygonality (hexagonal).

In zweckdienlicher Weiterbildung ist weiterhin vorgesehen, dass das Bauteil zwei Löcher aufweist, wobei am Bauteil lediglich bei dem einen Loch auf einer zu dem zweiten Antrieb orientierten Seite das Fixierelement befestigt ist. Da bei den beiden Messungen einmal der Kopf und einmal der Schaft zu dem zweiten Antrieb orientiert ist, und gleichzeitig einmal der Kopf mit der Kopfauflage und einmal die aufgeschraubte Mutter gegen die Oberfläche des Bauteils gepresst wird, kann durch diese Maßnahme in einfacher Weise zwischen den beiden Messungen gewechselt werden. Das Bauteil und die beiden Antriebe sind dabei vorzugsweise in einer Querrichtung senkrecht zur Rotationsachse relativ verschiebbar derart, dass jeweils das benötigte Loch des Bauteils in fluchtender Ausrichtung mit den Antriebsachsen der beiden Antriebe gebracht werden kann.In an expedient development, it is further provided that the component has two holes, the fixing element being fastened to the component only in the one hole on a side oriented toward the second drive. Since in the two measurements one head and one shaft are oriented towards the second drive, and at the same time the head with the headrest and the screwed nut are pressed against the surface of the component, this measure can easily be carried out between the two Measurements can be changed. The component and the two drives are preferably relatively displaceable in a transverse direction perpendicular to the axis of rotation such that the required hole of the component can be brought into alignment with the drive axes of the two drives.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:

1 eine schematisierte teilweise Darstellung eines Reibwertprüfstands zur Illustration der Ermittlung des Reibwerts des Gewindes einer Schraube,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch zur Illustration der Ermittlung des Reibwerts der Kopfauflage einer Schraube.

An embodiment of the invention is explained below with reference to the figures. These each show in simplified representations:

1 a schematic partial representation of a coefficient of friction test to illustrate the determination of the coefficient of friction of the thread of a screw,
2nd a representation like in 1 , but to illustrate the determination of the coefficient of friction of the headrest of a screw.

In den beiden Figuren sind gleich wirkende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the two figures, parts with the same effect are each provided with the same reference symbols.

Der in den 1 und 2 stark vereinfacht dargestellte Reibwertprüfstand 2 weist einen ersten Antrieb 4 zur Erzeugung einer Drehbewegung um eine Rotationsachse 6 auf. Weiterhin weist der Reibwertprüfstand 2 einen zweiten Antrieb 8 auf, über den eine Vorschubkraft F in Richtung der Rotationsachse 6 erzeugt wird. Über den ersten Antrieb 4, der die Drehbewegung erzeugt, wird ein Drehmoment M erzeugt. Weiterhin weist der Reibwertprüfstand 2 ein insbesondere als eine Lochplatte ausgebildetes Bauteil 10 auf, welches ein Loch 12 als Durchführung aufweist. Weiterhin umfasst der Reibwertprüfstand 2 eine Auswerteeinheit 14. Diese ist zugleich auch zur Steuerung einer Reibwertprüfung ausgebildet, also zur Ansteuerung speziell der beiden Antriebe 4,6.The one in the 1 and 2nd friction test bench shown in a highly simplified manner 2nd has a first drive 4th to generate a rotary movement about an axis of rotation 6 on. Furthermore, the coefficient of friction test bench 2nd a second drive 8th on which a feed force F in the direction of the axis of rotation 6 is produced. About the first drive 4th that generates the rotary motion becomes a torque M generated. Furthermore, the coefficient of friction test bench 2nd a component designed in particular as a perforated plate 10th on what a hole 12th has as implementation. The friction coefficient test bench also includes 2nd an evaluation unit 14 . This is also designed to control a coefficient of friction test, i.e. to control the two drives in particular 4th , 6 .

Die einzelnen Komponenten des Prüfstands 2 sind beispielsweise auf einem gemeinsamen, hier nicht näher dargestellten Träger befestigt. Der Reibwertprüfstand 2 dient allgemein zum Prüfen, insbesondere zum Ermitteln von Reibwerten einer Schraube 16. Die Schraube 16 weist dabei allgemein einen Kopf 18 auf, an den sich ein entlang der Rotationsachse 6 erstreckender Schaft 20 anschließt. Eine zum Schaft 20 hin orientierte Unterseite des Kopfes 18 bildet eine Kopfauflage 22. Der Schaft 20 weist ein Gewinde 24 auf.The individual components of the test bench 2nd are attached, for example, on a common carrier, not shown here. The coefficient of friction test bench 2nd is used generally for testing, in particular for determining the coefficient of friction of a screw 16 . The screw 16 generally has a head 18th on which one along the axis of rotation 6 extending shaft 20th connects. One to the shaft 20th underside of the head oriented towards 18th forms a headrest 22 . The shaft 20th has a thread 24th on.

Der Reibwertprüfstand 2 weist weiterhin eine erste Einrichtung 26 zur Erfassung des vom ersten Antrieb 4 auf die Schraube 16 übertragenen Drehmoments M auf. Bei dieser ersten Einrichtung 26 handelt es sich insbesondere um einen Drehmomentmesser. Der erste Antrieb 4 weist allgemein eine Drehwelle 28 auf, die vom ersten Antrieb 4 in Rotation versetzt wird. Der Drehmomentmesser ist beispielsweise auf dieser Drehwelle 28 angeordnet. Endseitig ist an der Drehwelle 28 ist ein Kopplungselement 30 zur Übertragung der Drehbewegung auf die Schraube 16 angeordnet. Dieses Kopplungselement 30 weist dabei typischerweise eine an die Schlüsselweite der Schraube 16 angepasste Schlüsselweite auf.The coefficient of friction test bench 2nd still has a first facility 26 to record the from the first drive 4th on the screw 16 transmitted torque M on. With this first setup 26 it is in particular a torque meter. The first drive 4th generally has a rotating shaft 28 on that from the first drive 4th is set in rotation. The torque meter is on this rotary shaft, for example 28 arranged. The end is on the rotating shaft 28 is a coupling element 30th for transferring the rotary motion to the screw 16 arranged. This coupling element 30th typically has one to the wrench size of the screw 16 adjusted wrench size.

Weiterhin umfasst der Reibwertprüfstand 2 eine zweite Einrichtung 32 zur Erfassung der vom zweiten Antrieb 8 ausgeübten Vorspannkraft auf. Bei dieser Einrichtung 32 handelt es sich insbesondere um einen Kraftaufnehmer, welcher vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse des zweiten Antriebs 8 mit integriert ist. Der zweite Antrieb 8 weist einen Stempel 34 auf, welcher in Richtung der Rotationsachse 6 mit der Vorspannkraft F beaufschlagt wird, die auf die Schraube 16 übertragen wird.The friction coefficient test bench also includes 2nd a second facility 32 for the detection of the second drive 8th exerted preload. At this facility 32 it is in particular a force transducer, which is preferably in a common housing of the second drive 8th is integrated with. The second drive 8th has a stamp 34 on which in the direction of the axis of rotation 6 with the preload F is applied to the screw 16 is transmitted.

Die Auswerteeinheit 14 steht mit den Einrichtungen 24,32 in Kommunikationsverbindung und empfängt Messsignale dieser Einrichtungen 24,32 und erhält speziell Informationen über die aktuell ausgeübte Vorspannkraft F und das aufgebrachte Drehmoment M.The evaluation unit 14 stands with the facilities 24th , 32 in communication connection and receives measurement signals from these devices 24th , 32 and receives specific information about the current preload F and the applied torque M .

Wie anhand der beiden Figuren zu erkennen ist, sind die beiden Antriebe 4,6 sowie die beiden Einrichtungen 26,32 jeweils entlang der Rotationsachse 6 angeordnet, wobei die beiden Antriebe 4,6 sowie die ihnen zugeordneten Einrichtungen 26,32 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Bauteils 10 angeordnet sind. As can be seen from the two figures, the two drives 4th , 6 as well as the two facilities 26 , 32 each along the axis of rotation 6 arranged, the two drives 4th , 6 as well as the facilities assigned to them 26 , 32 on opposite sides of the component 10th are arranged.

Das Verfahren zur Prüfung und Ermittlung einerseits eines Reibwerts des Gewindes 24 und andererseits eines Reibwerts der Kopfauflage 22 wird nachfolgend erläutert:

Die 1 zeigt dabei die Situation zur Ermittlung des Reibwerts des Gewindes 24 und die 2 die Situation zur Ermittlung des Reibwerts der Kopfauflage 22. Sofern vorliegend von der Ermittlung eines Reibwerts für das Gewinde 22 bzw. für die Kopfauflage 22 gesprochen wird, so ist hierunter immer der Reibwert einer speziellen Bauteilpaarung zwischen dem Gewinde 24 und einem Gegengewinde 36 bzw. zwischen der Kopfauflage 22 und einer Gegenlagerfläche 38 zu verstehen. Die Gegenlagerfläche 38 ist hierbei insbesondere durch eine Oberfläche des Bauteils 10 gebildet.

The procedure for checking and determining the friction coefficient of the thread 24th and on the other hand a coefficient of friction of the headrest 22 is explained below:

The 1 shows the situation for determining the coefficient of friction of the thread 24th and the 2nd the situation for determining the coefficient of friction of the headrest 22 . If applicable, the determination of a coefficient of friction for the thread 22 or for the headrest 22 is spoken, this always includes the coefficient of friction of a special component pairing between the thread 24th and a counter thread 36 or between the headrest 22 and a counter bearing surface 38 to understand. The counter bearing surface 38 is here in particular by a surface of the component 10th educated.

Zur Ermittlung des Reibwerts für das Gewinde wird gemäß 1 wie folgt vorgegangen:

Auf das Gewinde 24 wird eine Mutter 40 aufgeschraubt. Die Mutter 40 wird mittels des zweiten Antriebs 8 mit der Vorspannkraft F gegen das Bauteil 10 gepresst und damit in axialer Position fixiert. Gleichzeitig ist am Bauteil 10 ein Fixierelement 42 angeordnet, welches die Mutter 40 drehfest hält. Der Kopf 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteils 10 ist von diesem beabstandet und somit frei. Zur Durchführung eines jeweiligen Messvorgangs wird mittels des zweiten Antriebs 8 die vorgegebene Vorspannkraft F auf den Schaft 20 aufgebracht, sodass das Gewinde 24 gegen das Gegengewinde 36 der Mutter 40 verspannt ist. Gleichzeitig wird mittels des ersten Antriebs 4 die Schraube 16 in einer Rotationsrichtung um die Rotationsachse 6, beispielsweise im Uhrzeigersinn verdreht. Das dabei aufzubringende Drehmoment M wird gemessen. Anhand der Korrelation zwischen der aufgebrachten Vorspannkraft F und dem gemessenen Drehmoment M lässt sich in an sich bekannter Weise der Reibwert für die Paarung zwischen Gewinde 24 und Gegengewinde 36 bei der jeweiligen Vorspannkraft F ermitteln oder berechnen.

To determine the coefficient of friction for the thread according to 1 proceeded as follows:

On the thread 24th becomes a mother 40 screwed on. The mother 40 is by means of the second drive 8th with the preload F against the component 10th pressed and thus fixed in the axial position. At the same time is on the component 10th a fixing element 42 arranged which the mother 40 holds rotationally. The head 18th on the opposite side of the component 10th is spaced from it and therefore free. The second drive is used to carry out a respective measurement process 8th the specified preload F on the shaft 20th applied so that the thread 24th against the counter thread 36 mother 40 is tense. At the same time, the first drive 4th the screw 16 in a direction of rotation about the axis of rotation 6 , for example twisted clockwise. The torque to be applied M is being measured. Based on the correlation between the applied preload F and the measured torque M the coefficient of friction for the pairing between threads can be known 24th and counter thread 36 at the respective preload F determine or calculate.

In bevorzugter Ausgestaltung wird dabei ein Drehmomentverlauf in Abhängigkeit eines Drehwinkels erfasst, um den die Schraube 16 verdreht wir. Übersteigt der Drehmomentwert einen vorgegebenen Grenzwert, so wird dies als ein Versagen beispielsweise einer auf das Gewinde 24 aufgebrachten Beschichtung angesehen. Der Drehwinkel, bei dem der Grenzwert, also das vorgegebene, maximale Drehmoment M übertroffen wird, definiert beispielsweise einen maximal möglichen Drehwinkel. Anhand dessen werden vorzugsweise Informationen abgeleitet, wie oft eine Schraube bei definierter Vorspannkraft F angezogen werden kann. Alternativ oder ergänzend wird aus einem solchen maximalen Drehwinkel eine maximale Länge der Schraube 16 bei gegebener Vorspannkraft F abgeleitet.In a preferred embodiment, a torque curve is recorded as a function of an angle of rotation around which the screw 16 we twisted. If the torque value exceeds a predetermined limit value, this is considered a failure, for example, of one of the threads 24th applied coating viewed. The angle of rotation at which the limit value, i.e. the specified maximum torque M is exceeded, for example, defines a maximum possible angle of rotation. Based on this, information is preferably derived on how often a screw with a defined preload force F can be tightened. As an alternative or in addition, such a maximum angle of rotation becomes a maximum length of the screw 16 for a given preload F derived.

Hervorzuheben ist, dass bei dieser Mess- und Prüfanordnung, wie sie in 1 dargestellt ist, ausschließlich der Einfluss zwischen Gewinde 24 und Gegengewinde 36 gemessen und erfasst wird, unabhängig von einer Reibung zwischen der Kopfauflage 22 und einer Gegenlagerfläche 38.It should be emphasized that with this measuring and testing arrangement, as described in 1 only the influence between thread is shown 24th and counter thread 36 is measured and recorded regardless of any friction between the headrest 22 and a counter bearing surface 38 .

Der Reibwert für die Kopfauflage 22 wird mittels der Prüfanordnung ermittelt, wie sie in 2 dargestellt ist. Bei dieser ist nunmehr vorgesehen, dass der Kopf 18 mittels des zweiten Antriebs 8 mit der Vorspannkraft F gegen das Bauteil 10 gepresst wird, sodass also die Kopfauflage 22 mit der Vorspannkraft F gegen die Gegenlagerfläche 38 gepresst ist. Mittels des ersten Antriebs 4 wird wiederum der Schaft 20 verdreht und das dabei aufgebrachte Drehmoment M wird wiederum erfasst. Aus der Korrelation zwischen der Vorspannkraft F und dem Drehmoment M wird wiederum der Reibwert für die Paarung Kopfauflage 22 und Gegenlagerfläche 38 berechnet oder ermittelt.The coefficient of friction for the headrest 22 is determined using the test set-up as described in 2nd is shown. It is now provided that the head 18th by means of the second drive 8th with the preload F against the component 10th is pressed so that the headrest 22 with the preload F against the counter bearing surface 38 is pressed. By means of the first drive 4th again the shaft 20th twisted and the torque applied M is recorded again. From the correlation between the preload F and the torque M in turn becomes the coefficient of friction for the headrest pairing 22 and counter bearing surface 38 calculated or determined.

Zur Übertragung der Drehbewegung auf den Schaft 20 ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass eine Mutter 40 gegen eine Kontermutter 44 verspannt ist. Während der Übertragung der Drehbewegung vom ersten Antrieb 4 auf den Schaft 20 erfolgt keine Relativbewegung zwischen Mutter 40, an der das Kupplungselement 30 wiederum angreift, und dem Gewinde 24 der Schraube 16. Auch bei diesem Szenario wird daher der Reibwert der Kopfauflage 22 vollkommen unabhängig und unbeeinflusst von weiteren Einflussgrößen erfasst.For transferring the rotary movement to the shaft 20th it is provided in the exemplary embodiment that a mother 40 against a lock nut 44 is tense. During the transmission of the rotary movement from the first drive 4th on the shaft 20th there is no relative movement between the mother 40 on which the coupling element 30th again attacks, and the thread 24th the screw 16 . In this scenario, too, the coefficient of friction of the headrest 22 completely independent and unaffected by other influencing factors.

Für beide Prüfungen ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Durchführung einer Messreihe vorgesehen, bei der zwischen einzelnen Messungen die Vorspannkraft F variiert wird. Somit lassen sich auch kraftabhängige Reibwerte sowohl für das Gewinde 24 als auch für die Kopfauflage ermitteln und es lässt sich insbesondere eine maximale Vorspannkraft F bestimmen. Dies ist wiederum dadurch definiert, wenn ein vorgegebener maximaler Drehmomentwert erreicht wird. Ein Überschreiten dieses zweiten maximalen Drehmomentwerts deutet beispielsweise auf ein Versagen einer Beschichtung hin.In a preferred embodiment, a series of measurements is provided for both tests, in which the pretensioning force is between individual measurements F is varied. This means that force-dependent coefficients of friction can also be used for the thread 24th as well as for the headrest and in particular a maximum preload can be F determine. This is in turn defined when a predetermined maximum torque value is reached. Exceeding this second maximum torque value indicates, for example, a coating failure.

Die hier beschriebene Prüfung der Reibwerte einer Schraube wird beispielsweise im Rahmen der Prozessüberwachung bei der Herstellung von Schrauben durchgeführt. Alternativ erfolgt die Ermittlung der Reibwerte im Rahmen der Ermittlung von speziellen Bauteilpaarungen, speziell bei der Entwicklung und Prüfung von Beschichtungen oder Beschichtungspaarungen bzw. Materialpaarungen oder auch zur Überprüfung von unterschiedlichen Gewindegeometrien etc..The test of the friction coefficients of a screw described here is used, for example, in the framework process monitoring in the manufacture of screws. Alternatively, the coefficient of friction is determined as part of the determination of special component pairings, especially in the development and testing of coatings or coating pairings or material pairings or also for checking different thread geometries etc.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren und dem hier beschriebenen Reibwertprüfstand ist eine genaue Messung der Reibwerte und der Vorspannkräfte ermöglicht. Dies ist entscheidend für eine gezielte beispielsweise von neuen Schraubenbeschichtungen. Auch ist es damit möglich, gezielt das Reibverhalten bei bestimmen Press-Paarungen zu ermitteln. Die besonderen Vorteile sind darin zu sehen, dass die ermittelten Reibwerte nicht mehr in Kombination kraft- und drehwinkelabhängig sind. Es ist lediglich noch eine Drehwinkelabhängigkeit gegeben, die auch bewusst ausgenutzt wird.With the method described here and the friction coefficient test bench described here, an exact measurement of the coefficient of friction and the preloading forces is made possible. This is crucial for targeted, for example, new screw coatings. It is also possible to specifically determine the friction behavior with certain press pairings. The particular advantages can be seen in the fact that the friction values determined are no longer dependent on the combination of force and angle of rotation. There is only a rotation angle dependency, which is also used deliberately.

Weiterhin ist entscheidend, dass das Gewinde 24 sowie die Kopfauflage 22 separat, also unabhängig voneinander, jeweils mit der Vorspannkraft belastet werden. Dadurch lassen sich die einzelnen Reibwerte einerseits für die Kopfauflage 22 und andererseits für das Gewinde 24 individuell ermitteln. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Vorspannkraft F direkt mittels des zweiten Antriebs 8 aufgebracht wird. Die aufgebrachte Kraft ist daher unabhängig von der Steifigkeit der Schraube 16 selbst. Dadurch wird eine bessere Vergleichbarkeit der Messergebnisse erzielt. Damit einher geht auch eine höhere Messgenauigkeit, da die aufgebrachte Vorspannkraft keine Messgröße bzw. Reaktionsgröße ist, die aufgrund eines Verspannens der Schraube erfolgt. Vielmehr ist die Vorspannkraft von au-ßen vorgegeben. Durch die von außen vorgegebene Vorspannkraft F ist auch gewährleistet, dass die Reibwerte bei konstanter Kraft ermittelt werden.It is also crucial that the thread 24th as well as the headrest 22 separately, i.e. independently of each other, each loaded with the preload. This allows the individual coefficients of friction on the one hand for the headrest 22 and on the other hand for the thread 24th determine individually. Another advantage is that the preload F directly by means of the second drive 8th is applied. The force applied is therefore independent of the rigidity of the screw 16 itself. This results in better comparability of the measurement results. This also goes hand in hand with a higher measurement accuracy, since the preload force applied is not a measurement variable or reaction variable that occurs due to the screw being tightened. Rather, the pretensioning force is specified from the outside. Due to the pre-tensioning force from the outside F it is also guaranteed that the friction values are determined with constant force.

Weiterhin zeichnet sich der Reibwertprüfstand 2 durch einen sehr einfachen und auch Platz sparenden Aufbau aus. Speziell ist die Möglichkeit gegeben, die Prüfungen auch bei definierter Temperaturbelastung durchzuführen. Hierzu wird beispielsweise die jeweilige Bauteilpaarung im Bereich des zu ermittelnden Reibwerts einer definierten Temperaturbelastung ausgesetzt. Die Messtechnik, also die beiden Einrichtungen 26,32 werden hierbei nicht beeinflusst.Furthermore, the coefficient of friction test stand out 2nd due to a very simple and space-saving construction. In particular, there is the possibility of carrying out the tests even at a defined temperature load. For this purpose, for example, the respective component pairing is exposed to a defined temperature load in the area of the coefficient of friction to be determined. The measurement technology, i.e. the two facilities 26 , 32 are not affected.

Weiterhin ist hervorzuheben, dass zwischen dem Kopf 18 und der Mutter 40 bzw. zwischen Kopf 18 / Mutter 40 und dem Bauteil 10 keine Sensoren zur Erfassung des Drehmoments und/oder der aufgebrachten Verspannkraft erforderlich sind. Es ist daher im Bereich der Schraube 16, also über die Länge der Schraube 16, keine Messsensorik erforderlich. Speziell ist keine Messsensorik insbesondere zur Kraftmessung vorgesehen, die zwischen Bauteilen der Schraubverbindung durch die aufgebrachten Schraubkräfte eingeklemmt ist. Sämtliche Messeinrichtungen insbesondere zur Erfassung des Drehmoments und der Vorspannkraft sind vielmehr außerhalb der Schraube 16 angeordnet.It should also be emphasized that between the head 18th and the mother 40 or between head 18th / Mother 40 and the component 10th no sensors are required to record the torque and / or the applied clamping force. It is therefore in the area of the screw 16 over the length of the screw 16 , no measuring sensors required. In particular, no measurement sensor system is provided, in particular for force measurement, which is clamped between components of the screw connection by the applied screw forces. Rather, all measuring devices, in particular for detecting the torque and the preload, are outside the screw 16 arranged.

BezugszeichenlisteReference symbol list

22nd: ReibwertprüfstandFriction coefficient test bench
44th: erster Antriebfirst drive
66: RotationsachseAxis of rotation
88th: zweiter Antriebsecond drive
1010th: BauteilComponent
1212: Lochhole
1414: AuswerteeinheitEvaluation unit
1616: Schraubescrew
1818th: Kopfhead
2020th: Schaftshaft
2222: KopfauflageHeadrest
2424th: Gewindethread
2626: erste Einrichtung zur Drehmomenterfassungfirst device for torque detection
2828: DrehwelleRotary shaft
3030th: KopplungselementCoupling element
3232: zweite Einrichtung zur Erfassung der Vorspannkraftsecond device for recording the preload
3434: Stempelstamp
3636: GegengewindeMating thread
3838: GegenlagerflächeCounter bearing surface
4040: Muttermother
4242: FixierelementFixing element
4444: Kontermutter Lock nut
FF: VorspannkraftPreload
MM: DrehmomentTorque

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 1254355 B1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

DIN EN ISO 16047 [0005]

Claims

Method for testing a coefficient of friction of a screw (16), the screw (16) extending along an axis of rotation (6) and having a head (18) and an adjoining shaft (20) with a thread (24) and on one a head support (22) is formed for the underside of the head (18) oriented towards the shaft (20), two separate measurements being carried out on the one hand to determine a coefficient of friction for the head support (22) and on the other hand to determine a coefficient of friction for the thread (24) and in which - To determine the coefficient of friction for the headrest (22) it is pressed against a component (10) with a predetermined preload force (F) generated by a second drive (8) and the shaft (20) is rotated with the aid of a first drive (4) without twisting the thread (24) in a counter thread (36), and - To determine the coefficient of friction for the thread (24) of the shaft (20) with a predetermined and generated by the second drive (8) biasing force (F) against a counterwinding (36) and rotated using the first drive (4), without the headrest (22) being subjected to friction, whereby - A torque (M) applied to the shaft (20) is recorded in each case.

Procedure according to Claim 1 , wherein to check the coefficient of friction of the headrest (22) - the head (18) and the headrest (22) with the predetermined biasing force (F) against the component (10) through which the shaft (20) passes, - the The shaft (20) is gripped by the first drive (4) in a rotationally fixed manner and rotated about the axis of rotation (6) - the torque (M) applied to the shaft (20) is recorded - from the correlation between the predetermined pretensioning force (F) and the detected torque (M) of the coefficient of friction for the headrest (22) is determined.

Procedure according to Claim 1 or 2nd , where to check the coefficient of friction of the thread - a nut (40) screwed onto the thread (24) and held in a rotationally fixed manner and fixed axially in the direction of the axis of rotation (6) - on the shaft (20) the predetermined pretensioning force (F) in the direction of Axis of rotation (6) is applied, - the shaft (20) is rotated about the axis of rotation (6), so that the shaft (20) rotates relative to the nut (40) - the torque (M) applied to the shaft (20) is determined - from the correlation between the predetermined preload force (F) and the detected torque, the coefficient of friction for the thread (24) is determined.

Method according to one of the preceding claims, in which the applied torque (M) is detected as a function of the angle of rotation.

Method according to one of the preceding claims, in which, when a predetermined torque (M) is exceeded, a maximum angle of rotation is concluded as the load limit for the screw (16) at the predetermined pretensioning force (F).

Procedure according to one of the Claims 4 to 5 , from which knowledge of the angle-dependent torques (M) is used to draw a conclusion about a maximum length of the screw (16).

Method according to one of the preceding claims, in which a series of measurements is carried out, the value of the predetermined pretensioning force (F) being changed for the individual measurement of the series and a correlation between force and torque (M) being recorded.

Method according to the preceding claim, in which, when a predetermined torque (M) is exceeded, a maximum prestressing force (F) is concluded as the load limit for the screw (16).

Friction coefficient test stand (2) for screws (16), the screws (16) each extending along an axis of rotation (6) and having a head (18) and an adjoining shaft (20) with a thread (24) and on one to the shaft (20) oriented underside of the head (18) a head rest (22) is formed, with - a first drive (4) for transmitting a torque (M) to the screw (16) - a second drive (8) for generation a prestressing force (26 F) acting on the screw (16) in the direction of the axis of rotation (6) - a first device for detecting the applied torque, - a second device for detecting the prestressing force (32), - a stationary component (10) with a hole (12) for the passage of the shaft (20) - the head (18) can be braced against the component (10) and the first one by means of the second drive (8) for determining the coefficient of friction of the headrest (22) Drive (4) is designed for rotating the shaft (20), and - for determining the coefficient of friction of the thread (24), a fixing element (42) is provided for a nut (40) screwed onto the shaft (20), the fixing element (42) is designed for a stationary and non-rotatable mounting of the nut (40) and furthermore the thread (24) is braced against the nut (40) by means of the second drive (8) and the first drive (4) for rotating the shaft (20) is formed.

Friction coefficient test stand (2) according to the preceding claim, in which the first drive (4) and the second drive (8) are arranged opposite to the component (10).