Was ist eigentlich ein Stick-Slip-Effekt?

Die Reibung in einer Schraubverbindung wird zu einem hohen Maße von den Unterschieden der Beschaffenheit der Oberflächen beeinflusst. Besonders glatte Oberflächen, genauso wie besonders raue, stellen hohe Anforderungen an die Auslegung der Schraubverbindung. Bei besonders dicken Beschichtungen und lackierten Teilen entstehen beim Einschraubvorgang thermische Belastungen. Die Wärmeenergie, die aufgrund der Reibung entsteht, kann nicht mit der notwendigen Geschwindigkeit abgeleitet werden.

Dieser Effekt verstärkt sich noch, wenn die Schraube oder Mutter mit hohen Drehzahlen montiert wird. Dies kann zu Beschädigungen an der Oberflächenbeschichtung führen und dabei den sogenannten „Stick-Slip“-Effekt verursachen. Es handelt sich dabei um ein Ruckgleiten, das bei besonders großen Unterschieden von Haftreibung und Gleitreibung entsteht, welche zu einer schnellen Bewegungsfolge von Haften, Verspannen, Trennen und Abgleiten führt. Normalerweise erzeugt dies eine Anregung von Schwingungen, die von einer resonanzfähigen Oberfläche als Geräusch abgestrahlt werden, etwas das "Knarzen" von Türangeln oder das Ruckeln von Scheibenwischern.

Der Stick-Slip-Effekt muss also in die Betrachtung der Qualität einer Schraubverbindung mit einbezogen werden.

Die Prüfvorschrift VDA 235-203 eignet sich, um Versuche an Verbindungselementen durchzuführen, welche die Eigenschaften von Beschichtung und Schmierung unter Praxisbedingungen feststellen. Dabei erfolgt der Voranzug der Schraube bis zur Kopfauflage mit einer hohen Drehzahl und die Montage auf das Zieldrehmoment mit einer geringen Drehzahl. Grundsätzlich muss dabei der Drehwinkel beachtet werden, der montiert werden muss, um das Anziehdrehmoment zu erreichen. Je größer der Drehwinkel, umso mehr wirken sich die Einflüsse aus, die die Reibung beeinflussen.

Zur Überprüfung der Verbindungselemente unter Praxisbedingungen ist es notwendig, dass alle relevanten Bedingungen möglichst realistisch nachgestellt werden. Besonders die Faktoren:

-          Verbindungselemente,

-          Auflagefläche unter Schraubenkopf oder Mutter,

-          montierter Drehwinkel bis zum Anziehmoment,

-          Klemmlänge des Verbindungselementes und

-          Einschraubtiefe

sind möglichst realistisch nachzuvollziehen, genauso wie der Anzug der Schraube, der mit gleicher Geschwindigkeit und in der gleichen Abfolge durchgeführt werden muss, wie in der Serienmontage. Die Teile, die für den Versuch verschraubt werden, werden am besten aus der Serienfertigung entnommen. Schrauben oder Muttern ebenso wie Gewindeteile und Gegenlagen sollten von Originalteilen stammen. Dabei müssen für jeden Versuch neue Teile verwendet werden.

Modernste Servosysteme neuester Generation mit Digitaltechnik bilden die Antriebseinheiten, die ein dynamisches Regelverhalten von 1:10.000 aufweisen. Die Drehmoment- und Drehzahlwerte sind in weiten Bereichen auswählbar, so dass Schraubversuche nach VDA 235-203 durchgeführt werden können.

Für die Beurteilung von Beschichtungssystemen auch bei höheren Temperaturen kann das Losdrehverhalten durch Einsatz eines speziellen Vorspannkraftsensors in einer Klimakammer untersucht werden. Mit speziellen Messaufbauten lassen sich  so Reibungszahlen in einem Temperaturbereich bis 150° C ermitteln. Solche Systeme werden heute bereits erfolgreich eingesetzt in verschiedenen Instituten.

Die Flexibilität und technische Ausgereiftheit des SCHATZ®-ANALYSE-Systems, verbunden mit einer abgestimmten Auslegung der Mess- und Antriebstechnik macht es somit erst möglich, weltweit gleiche Testprozeduren zu fahren und vergleichbare, reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten und darzustellen und damit eine praxis- und montagegerechte Prüfung, wie z. B. in der VDA 235-203 gefordert, zu gewährleisten.