Sicherheitsschrauben automatisch vermessen

Wer seit seiner Jugend Brille trägt, weiß, wie leicht sich (früher) die Schrauben in den Bügelscharnieren oder den sogenannten Schließblöcken (den Glaseinfassungen) lösten. Mit den Selbstsicherungsschrauben von OBE kann das nicht mehr passieren.

von Thomas Schöppl

Um seine Kleinstsicherungsschrauben M1,2 bis M1,6 mit Drehmomenten bis zu 10 Ncm schraubtechnisch analysieren zu können, hat sich der Präzisionsteilehersteller OBE einen Messplatz mit Ausrüstung und Software aus der MicroTorque-Serie von Atlas Copco Tools eingerichtet.

ESSEN/ISPRINGEN (sp). Eigenschaftsprüfungen mit exakten Drehmoment- und Drehwinkelmessungen sind eigentlich nichts Besonderes. Anders ist das bei der OBE Ohnmacht & Baumgärtner GmbH & Co. KG in Ispringen bei Pforzheim. Denn OBE stellt kleine, hochpräzise feinmechanische Metallteile her, unter anderem spezielle Kleinstschrauben der Größen M1,2 bis M1,6 mit Selbstsicherungsfunktionen. Bei diesen Edelstahlschrauben geht es um Drehmomente von nur wenigen Newtonzentimetern (Ncm). Um in diesem Bereich aussagekräftige Messungen durchführen zu können, hat OBE sich einen computerisierten Messplatz mit MicroTorque-Schraubausrüstung und Software von Atlas Copco Tools eingerichtet.

Diese Sicherungsschrauben eignen sich insbesondere für die Brillenindustrie. Sie haben normale metrische Gewinde und sind am Schaft unter dem Schraubenkopf mit speziellem Kunststoff umspritzt, wodurch der Sicherungseffekt entsteht. Beim Einschrauben wird der Kunststoff leicht gepresst beziehungsweise nach hinten verdrängt und so ein ungewolltes Lösen der Schraube verhindert, selbst wenn diese nicht richtig angezogen ist.

Diese Sicherungsfunktion bleibt auch nach mehrmaligem Lösen voll erhalten. Zwei Arten dieser „Injection Safety Screw“ (ISS) fertigt OBE: Erstens Sicherungsschrauben mit einem kurzen Kunststoffelement unterhalb des Kopfs (ISS static) zum Befestigen der Brillengläser in den sogenannten Schließblöcken. Zweitens Gangregulierungsschrauben mit einem langen Kunststoffelement unterhalb des Kopfs für die Brillenbügelscharniere (ISS dynamic). So bleiben diese beweglich, ohne dass sich die Schräubchen von selbst lösen.Messungen von Hand waren extrem zeitraubend und umständlichDie Schraubenwinzlinge schraubtechnisch zu messen und zu analysieren ist nicht leicht. „Früher haben wir diese Messungen mechanisch von Hand durchgeführt. Das war nicht einfach, und vor allem war es unheimlich umständlich“, erinnert sich der dafür zuständige Produktbetreuer Christian Kraus. So habe es bei der alten Messvorrichtung immer wieder Probleme mit der Reibung gegeben und es sei schwierig gewesen, reproduzierbare Messwerte zu erzielen. Kraus: „Da hat man manchmal einen ganzen Tag benötigt, um bei einer einzigen Schraube in Fünf-Grad-Schritten das Drehmoment zu messen.“ Jahrelang hatte man deshalb bei OBE schon nach einem Messsystem für diese diffizilen und zeitraubenden Untersuchungen gesucht. Bei den einschlägigen Messmittelspezialisten habe es aber lediglich Drehmomentsensoren im Angebot gegeben, klagt Kraus: „Den ganzen restlichen Aufbau der Messanordnung hätten wir selbst konstruieren müssen. Doch die Kosten dafür wären für uns nicht tragfähig gewesen.“

Fündig in Sachen Messsystem wurde man schließlich bei Atlas Copco Tools in Form einer Acta-MT-Schraubersteuerung und einer 10-Ncm-Sensorspindel aus der MicroTorque-Serie, nebst Halterung und Verbindung mit der Software „ToolsTalk Analysis“ zur Schraubfallanalyse. Der mit dieser Ausrüstung neu eingerichtete Messplatz erleichtere nicht nur die bislang üblichen Messungen, er ermögliche auch ganz neue Untersuchungen, freut sich Produktbetreuer Kraus: „Wir haben damit Dutzende Schrauben getestet, einfach um zu sehen, wie die verschiedenen Sicherungssysteme arbeiten und ob es Unterschiede bei unterschiedlichen Gewindegrößen gibt. Das konnten wir vorher nie machen, weil die manuellen Messungen viel zu aufwendig waren.“ Jetzt muss man das Testobjekt, beispielsweise einen Brillenbügel, nur noch unter der Schraubspindel einspannen, diese auf die zu untersuchende Schraube aufsetzen und die Messung am angeschlossenen Computer per Tastendruck starten. Die Messung kann dann beispielsweise hundert Mal automatisch wiederholt werden, etwa um zu sehen, ob die gewünschten Eigenschaften einer Sicherungsschraube erhalten bleiben. „Das ist eigentlich untypisch für die Anwendung Brille, denn niemand wechselt hundert Mal ein Brillenglas“, sagt Kraus. „Aber wir können mit den so gewonnenen Daten belegen, dass hundertmaliges Verschrauben kein Problem ist.“Schraube sitzt auch nach 25000 Scharnierbewegungen noch sicherAuch die Gangregulierungsschrauben für Brillenbügelscharniere wurden am neuen Messplatz auf Nummer sicher getestet. Bei diesem Anwendungsfall beginne sich eine Standardschraube ab etwa 5000 Scharnierbewegungen zu lösen, sagt Christian Kraus. „Unsere ISS dynamic sitzt auch nach 25000 Bewegungen noch fest. Danach haben wir den Test abgebrochen. Denn das entspricht einer Brillentragezeit von mindestens zehn Jahren.“

Immerhin 100 Millionen Brillenschrauben der ISS-Bauart verkauft OBE jährlich. Für die Kunden aus der Optikbranche, die ISS bereits seit über 15 Jahren einsetzen, sei eine Dokumentation der Schraubdaten eigentlich gar nicht relevant, sagt der Produktbetreuer. „Die sind überzeugt von der Wirkungsweise. Denen kommt es nur darauf an, dass die Schrauben funktionieren, nicht wie die Schraubkurven aussehen.“Schrauben auch für Handybranche interessantDoch OBE sucht ständig nach weiteren Anwendungsbereichen unter Schraubengröße M2 – und damit nach neuen Kunden. Beispielsweise Hersteller von Handys, bei denen wegen des Vibrationsalarms besonders hohe Anforderungen an die Sicherungsfunktion der Kleinstschrauben gestellt werden. „Als wir vor Jahren erstmals die Handybranche belieferten, wollte man Auswertungen unserer Schraubkurven haben. Wir mussten dann unsere damals noch handgezeichneten Grafiken in Excel-Tabellen übertragen“, erinnert sich Christian Kraus. Das kann er sich mit dem neuen computerisierten Messplatz natürlich sparen.

Mittlerweile bitten Kunden OBE immer öfter, bestimmte Messungen mit den Kleinstschrauben vorzunehmen. „So kleine Drehmomente kann dort niemand entsprechend genau messen. Deshalb kommen die Kunden zu uns“, sagt der Produktbetreuer. An den Messergebnissen ist OBE auch selbst interessiert: „So wissen wir, was unsere Schrauben tatsächlich leisten und können damit auch werben.“ Um die Fähigkeiten der Spezialschrauben einordnen und kommunizieren zu können – einschlägige Normen, wie es sie bei Standardschrauben gibt, fehlen noch – hat OBE übrigens eine eigene Hausnorm erstellt. Auch das wäre ohne den neuen Messplatz nicht möglich gewesen; denn den früheren manuellen Messungen fehlte wegen mangelnder Reproduzierbarkeit die Aussagekraft.Messausrüstung für größere Schrauben geplantDie Anschaffung der Messausrüstung habe sich auf jeden Fall gelohnt, meint Produktbetreuer Kraus. „Wir waren angenehm überrascht von der Bedienungsfreundlichkeit und der Fülle an Möglichkeiten, Messwerte zu erfassen und auszuwerten.“ Beispielsweise lassen sich Schraubkurven auf dem Monitor übereinander legen und so schnell miteinander vergleichen. Die Messspindel hat einen Messbereich bis 10 Ncm. Damit deckt sie den Drehmomentbereich, in dem sich die Kleinstsicherungsschrauben bis M1,6 bewegen, locker ab: Das Lösemoment beträgt bei der ersten Umdrehung in der Regel nicht mehr als 6 Ncm, danach wird es weniger. Dennoch plant Kraus, eine weitere Messspindel für bis zu 50 Ncm anzuschaffen, wenn es das Budget erlaubt: „In letzter Zeit bekommen wir vermehrt Anfragen im Bereich M3 und M4. Dafür wollen wir gerüstet sein.“

OBE