Das Schraubtechnische Ökosystem

Die Antwort auf eine offene Frage

Eine Verschraubung wirkt nur auf den ersten Blick trivial. Ihr Ziel ist es, zwei oder mehrere Bauteile so zu verbinden, dass sich diese unter allen spezifizierten Betriebslasten wie ein Bauteil verhalten^[1]. Das offizielle VDI-Glossar^[2] beschreibt einen Schraubfall als Zusammenfassung von Schraubstellen einer Schraubverbindung, die aufgrund identischer Eigenschaften – Geometrie, Werkstoffe, Oberflächen, Klemmteile, Verbindungselemente sowie Ziel- und Überwachungsparameter – als gleichartig behandelt werden können. Er besteht aus einer oder mehreren solcher Schraubstellen und dient der vereinfachten Handhabung, etwa bei der Parametrierung von Schraubwerkzeugen oder in der Qualitätssicherung.

Doch diese „identischen Eigenschaften“ innerhalb eines Schraubfalls sind nicht unveränderbar. Externe Einflussgrößen wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur können Auswirkungen auf die tatsächlichen Reibverhältnisse und damit auf das Verhältnis von Drehmoment zu Vorspannkraft haben. Betrachtet man dies unter dem Gesichtspunkt eines Schraubtechnischen Ökosystems, ergeben sich aus diesen Auswirkungen Parameter, um die Verschraubung optimal zu gestalten.

Was ein Ökosystem ausmacht

Der Begriff Ökosystem steht in der Biologie unter anderem für die Wechselwirkung von Organismen und Umwelt sowie den Energiefluss^[3]. Die Kernaussage lautet: Ändert sich ein Parameter, hat das Folgen für das Gesamtsystem. Das Prinzip ist auf viele Bereiche übertragbar – auch auf eine Verschraubung: Material, Oberflächenrauheit, Schmierstoff, Coating, Toleranzen, Luftfeuchte, Montagedrehzahl, Temperatur, Härte des Schraubfalls, Fähigkeit des Schraubwerkzeuges und tatsächlich aufgebrachtes Drehmoment beeinflussen sich bei jeder Schraubstelle. Keiner dieser Parameter wirkt für sich allein – er wird durch ein Werkzeug erzeugt oder eingestellt, von Menschen bedient, durch Energie versorgt oder von einem Messgerät erfasst. Daraus ergibt sich folgende Definition: Ein Schraubtechnisches Ökosystem ist – ganz allgemein formuliert und im Sinne des Industrial Internet of Things (IIoT) – das Zusammenspiel von Werkzeugen, Energiequellen und Humanressourcen sowie Messgeräten und deren Daten. Der Begriff Ökosystem wird zwar vereinzelt bereits mit Schraubverbindungen in Bezug gesetzt^[4], bisher fehlte es jedoch an einer klaren Definition.

Der Nutzen

Definiert man eine Verschraubung als Schraubtechnisches Ökosystem, ergeben sich neue Sichtweisen und damit neue Lösungsansätze. Das Zusammenspiel der verschiedenen Einflussgrößen zu erkennen, erlaubt es, konkrete Schritte zu unternehmen, um diesen Veränderungen entgegenzuwirken.

Vorteile erkennen

Ein Schraubtechnisches Ökosystem spielt dann seine Vorteile aus, wenn alle qualitätsrelevanten Daten eines Schraubfalls mittels Schraubfallanalyse^[5] und Prozessfähigkeitsuntersuchung^[6] erfasst wurden und allen Beteiligten vorliegen. Teil dieser Datensammlung sind zudem der Zweck einer Verschraubung sowie die geltenden Normen, Vorgaben und weitere Prozesseinflussgrößen wie Schmierstoffe, Werkstoffe, Anziehverfahren und Umweltdaten. Dazu kommt, dass die so gewonnenen Daten nicht nur die Basis des tatsächlichen Verschraubungsprozesses bilden, sondern auch den Beweis für einen beherrschten Prozess erbringen.

Daraus ergibt sich, dass eine intelligente Vernetzung mittels IIoT grundlegend ist, um innerhalb eines Schraubtechnischen Ökosystems Vorteile auszuspielen. Das heißt, dass alle relevanten Parameter dort ankommen und automatisiert bewertet werden, wo sie benötigt werden. Damit Werkzeuge unterschiedlicher Hersteller dieselbe Sprache sprechen, hat der Maschinenbauverband VDMA im November 2021 eine herstellerunabhängige OPC-UA-Schnittstelle für die Schraubtechnik veröffentlicht. Sie deckt unter anderem die Rückverfolgbarkeit sicherheitskritischer Verbindungen ab – also genau jener Schraubfälle, die eine Schraubfallanalyse nach der VDI/VDE 2862 Blatt 2 als kritisch einstuft.

Saubere Schnittstellen

Je mehr Faktoren in einem Schraubtechnischen Ökosystem eine Rolle spielen, desto wichtiger ist die nahtlose Verbindung aller am System Beteiligten. Nur so lässt sich die Grundlage für einen belastbaren Prozess aus Steuerung, Planung und Dokumentation kreieren, der essenziell für eine Verschraubung ist – und zwar über ihre gesamte Lebensdauer. Das Produktsicherheitsgesetz fordert von Herstellern, dass von ihren Maschinen oder Produkten kein relevantes Risiko für Leib oder Leben ausgehen darf. Eine umfassende Dokumentation aller Prozesse und Parameter kann hier den Unterschied machen.

Zusammenfassung

Verschraubungen lassen sich als Ökosystem verstehen, weil jede Änderung eines Parameters Auswirkungen auf das Gesamtsystem hat. Betrachtet man eine Verschraubung als Schraubtechnisches Ökosystem und erfasst alle relevanten Daten, kann auf die Veränderung einzelner Parameter individuell reagiert werden, um den Gesamtprozess optimal zu gestalten.