Stellen Sie sich vor, ein Patient kommt mit normalem Blutdruck in die Notaufnahme - und trotzdem ist etwas grundlegend falsch. Genau das passiert täglich in der Schraubmontage: Das Drehmoment liegt im grünen Bereich, der Schrauber quittiert mit IO - und die Verbindung ist dennoch fehlerhaft. Überdehnte Schraube. Klemmkraft nicht erreicht. Gewindeschaden im Verborgenen.
Der Grund: Ein einziger Drehmomentwert sagt Ihnen, was das Werkzeug getan hat. Die Drehmoment-Drehwinkel-Kurve sagt Ihnen, was mit der Verbindung tatsächlich passiert ist. Das ist der Unterschied zwischen einem Messwert und einem Fingerabdruck.
Lesetipp: Dieser Artikel ist Teil 2 der Kampagne "Vorspannkraft vs. Drehmoment". Falls Sie noch nicht wissen, warum rund 90 % des aufgebrachten Drehmomentes in Reibung verloren gehen, empfehlen wir zunächst den Grundlagenartikel Vorspannkraft vs. Drehmoment: Warum Sie die falsche Größe messen.
Was ist die Drehmoment-Drehwinkel-Kurve - und warum ist sie so aussagekräftig?
Die Drehmoment-Drehwinkel-Kurve entsteht, wenn ein Analysewerkzeug während des gesamten Schraubvorgangs gleichzeitig Drehmoment und Drehwinkel aufzeichnet - nicht nur den Endwert, sondern den vollständigen Verlauf von der ersten Umdrehung bis zum Abschalten.
Das Ergebnis ist eine grafische Signatur, die so charakteristisch für eine Schraubverbindung ist wie ein Fingerabdruck für einen Menschen. Sie zeigt die Steifigkeit der Verbindung, den Übergang in den plastischen Bereich, eventuelle Unregelmäßigkeiten im Gewinde - und Dinge, die ein einzelner Drehmomentwert niemals preisgeben würde.
Eine typische Anzugskurve beginnt mit einer nichtlinearen Zone, in der sich die Komponenten ausrichten. Danach folgt der lineare, elastische Bereich, in dem die Vorspannkraft aufgebracht wird, die Teile zusammengezogen werden und die Verbindung sich stabilisiert.
Phase für Phase: Aufbau der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve
Das folgende interaktive Diagramm zeigt eine typische Anzugskurve mit allen Phasen - und lässt Sie verschiedene Kurvenmuster vergleichen:
Phase 1: Eindrehphase
Die Schraube dreht frei ein. Das Gewinde wird geführt, aber noch keine Klemmkraft aufgebaut. Die Kurve verläuft nahezu flach auf niedrigem Drehmomentniveau.
Was Anomalien hier bedeuten: Unregelmäßigkeiten in der Eindrehphase - Zacken, Drehmomenthochs oder stockendes Eindrehen - deuten auf Gewindeschäden, Verschmutzungen oder eine Querverschraubung hin. Diese Fehler erkennt ein Drehmomentendwert nicht, weil er erst nach der Kopfauflage relevant wird.
Phase 2: Anliegephase (Kopfauflage)
Der Schraubenkopf trifft auf die Auflagefläche. Zum Eindrehen ist nur eine geringe Kraft erforderlich, die Kurve verläuft flach - das Drehmoment steigt kaum an. Sobald der Kopf auf dem Bauteil aufliegt, ist eine deutlich größere Kraft zum Festziehen nötig. In der Kurve zeigt sich dies als steiler Knick - der Beginn des eigentlichen Anzugsvorgangs.
Phase 3: Elastischer Bereich
Jetzt passiert das Entscheidende: Die Axialkraft verhält sich proportional zum Drehmoment - die Dehnung proportional zum Drehwinkel. Die Kurve steigt linear an. Der Gradient (die Steigung dieser Geraden) ist der wichtigste Kennwert im gesamten Kurvenbild: Er beschreibt die Verbindungssteifigkeit.
- Steiler Gradient -> harte Verbindung (z. B. Metall-auf-Metall, kurzer Klemmweg)
- Flacher Gradient -> weiche Verbindung (Dichtung, Unterlegscheibe, langer Klemmweg)
Abweichungen vom bekannten Referenzgradienten sind oft das erste Zeichen für ein Problem - noch bevor ein Messwert außerhalb der Toleranz liegt.
Im elastischen Bereich lässt sich anhand des Drehwinkels überprüfen, ob sämtliche Komponenten einer Verbindung vorhanden sind - beispielsweise Dichtungen oder Unterlegscheiben. Das ist besonders wertvoll in der Serienproduktion: Fehlt eine Unterlegscheibe, verändert sich der Gradient - unsichtbar für den Drehmomentwert, aber klar erkennbar in der Kurve.
Phase 4 & 5: Streckgrenze und plastischer Bereich
Die Kurve verlässt die Linearität. Nach dem linearen Bereich (elastische Verformung) vermindert sich die Steigung der Kurve mit Erreichen der Fließgrenze.
Bei der Streckgrenzsteuerung wird dieser Punkt genutzt, um den Schraubprozess gezielt abzuschalten. Fällt die Ableitung des Drehmomentes nach dem Drehwinkel auf circa 50 % des Ausgangswertes, ist die Streckgrenze erreicht und der Anziehvorgang wird beendet. Das Ergebnis: maximale Vorspannkraft bei minimalem Streubereich - weitgehend unabhängig vom Reibwert.
Das drehwinkelgesteuerte Abschalten lässt sich sowohl im elastischen als auch im plastischen Bereich einsetzen. Ab dem Beginn der eigentlichen Drehwinkelverschraubung wird reibungsunabhängig angezogen. Die Vorspannkraft-Streuung ist daher geringer als beim rein drehmomentgesteuerten Verfahren.
Phase 6: Bruch
Die Schraube versagt. Das Drehmoment bricht ein, die Kurve fällt steil ab. Diesen Bereich sollte niemand im Produktionseinsatz erreichen - wer jedoch Prüfverschraubungen bis zum Bruch dokumentiert, erhält wertvolle Daten über die tatsächliche Belastungsgrenze der Verbindung.
Kurvenmuster lesen: Typische Bilder und ihre Bedeutung
Die folgende Tabelle fasst die häufigsten Kurvenmuster zusammen, die Sie in der Praxis antreffen:
| Kurvenmuster | Erkennbares Merkmal | Mögliche Ursache | Empfohlene Maßnahme |
|---|---|---|---|
| ✅ Normalkurve | Linearer Anstieg, sauberer Übergang zur Streckgrenze | Verbindung in Ordnung | Keine - Referenzkurve dokumentieren |
| 📉 Flache Steigung | Geringer Gradient im elastischen Bereich | Fehlende Unterlegscheibe, zu weiches Material, Setzerscheinungen | Verbindung prüfen, Konstruktion überarbeiten |
| 📈 Steile Steigung | Sehr hoher Gradient, kurzer elastischer Bereich | Metall-auf-Metall, sehr harte Verbindung | Anzugsparameter anpassen, Streckgrenzsteuerung erwägen |
| 〰️ Unregelmäßig | Schwankungen, Knicke im linearen Bereich | Gewindeschaden, Querverschraubung, Materialfehler | Verbindung sperren, Ursache analysieren, Schraube ersetzen |
| ⚡ Spitze + Abfall | Drehmomentspitze gefolgt von plötzlichem Abfall | Schraube überdreht oder gebrochen | NIO-Schraube ersetzen, Anzugsprogramm korrigieren |
| ↔️ Streuung in Serie | Gleiche Drehmomentwerte, aber stark unterschiedliche Winkel | Reibungsschwankungen, inhomogene Beschichtung, Schmiermittelprobleme | Reibwertanalyse, PFU nach VDI/VDE 2645-3 durchführen |
Wenn das Drehmoment stimmt - und trotzdem etwas falsch ist
Das ist das entscheidende Argument für die Kurvenanalyse: Es gibt Fehlerbilder, die ausschließlich im Drehwinkel sichtbar sind.
Beispiel 1: Drehmoment IO - Winkel zu groß
Das Zieldrehmoment wird erreicht, aber die Schraube hat sich deutlich weiter gedreht als die Referenzkurve vorsieht. Das bedeutet: Die Schraube hat bereits die Streckgrenze überschritten. Sie ist überdehnt, die Restfestigkeit reduziert. Der Drehmomentwert zeigt grün - die Verbindung ist trotzdem kompromittiert.
Beispiel 2: Drehmoment IO - Winkel zu klein
Das Zieldrehmoment wird erreicht, aber der Drehwinkel liegt deutlich unter dem Referenzwert. Warum? Der Reibwert war ungewöhnlich hoch - ein großer Teil des Drehmomentes wurde nicht in Klemmkraft umgewandelt, sondern in Reibungswärme. Nur rund zehn Prozent des aufgewandten Drehmoments fließen in die Klemmkraft ein. Die restliche Anzugskraft wird von der Reibung aufgebraucht: Etwa 40 Prozent entfallen auf Reibungsverluste im Gewinde, 50 Prozent auf die Reibung unter dem Schraubenkopf. Die Verbindung ist damit unzureichend vorgespannt - obwohl der Drehmomentwert in Ordnung erscheint.
Beispiel 3: Streuung im Winkel bei konstantem Drehmoment
In der Serienproduktion zeigt die statistische Auswertung: Das Drehmoment ist stabil, der Drehwinkel streut stark. Das klassische Bild für Reibungsschwankungen - variierende Beschichtungsqualität, inkonsistente Schmierung, Temperatureinflüsse. Problematisch sind dabei vor allem die häufig unbekannten Setzerscheinungen und die montagebedingten Schwankungen der erreichten Vorspannkraft.
Diese Streuung ist der Ausgangspunkt für eine Prozessfähigkeitsuntersuchung (PFU) nach VDI/VDE 2645-3 - und ohne Winkelerfassung bliebe sie im Verborgenen.
Vom Kurvenbild zur Prozessverbesserung: So gehen Sie vor
Verschrauben Sie eine einwandfreie Verbindung unter Realbedingungen mit dem QUANTEC MCS® und dokumentieren Sie die resultierende Drehmoment-Drehwinkel-Kurve als Referenz-Fingerabdruck. Achten Sie auf den Gradienten im elastischen Bereich, das Drehmoment bei Kopfauflage und den Winkelbedarf bis zum Zieldrehmoment.
Legen Sie in QuanLab Pro®, Ceus oder QS-Torque Grenzwerte für Drehmoment UND Drehwinkel fest. Eine Verschraubung gilt nur dann als IO, wenn beide Größen - sowie der Kurvenverlauf - innerhalb der definierten Bänder liegen.
Führen Sie stichprobenartige Kurvenanalysen in der laufenden Produktion durch. Vergleichen Sie aktuelle Kurven mit der Referenz: Abweichungen im Gradienten, unerwartete Winkelwerte oder unregelmäßige Verläufe sind frühzeitige Warnsignale - noch bevor ein Drehmomentwert außerhalb der Toleranz liegt.
Nutzen Sie die statistische Auswertung in QuanLab Pro®: Streuung im Drehwinkel bei konstantem Drehmoment? Reibungsproblem. Systematische Gradientenverschiebung? Konstruktions- oder Materialfehler. Jede Anomalie hat ein charakteristisches Kurvenbild.
Exportieren Sie Kurvendaten als PDF oder Excel für lückenlose Traceability. Bei A-Klasse Verschraubungen nach VDI/VDE 2862 ist die elektronische Dokumentation aller Schraubergebnisse ohnehin Pflicht - die Kurvenarchivierung liefert gleichzeitig den Nachweis für Prozessfähigkeitsuntersuchungen.
QUANTEC MCS®: Das Werkzeug, das den Fingerabdruck sichtbar macht
Für alle beschriebenen Analysen benötigen Sie ein Werkzeug, das die komplette Anzugskurve lückenlos erfasst - nicht nur den Endwert. Genau hier setzt das QUANTEC MCS® an.
Festpunktlose Drehwinkelmessung
Die festpunktlose Drehwinkelmessung des QUANTEC MCS® benötigt keine mechanisch festgelegten Referenzpunkte. Der Winkel wird kontinuierlich und hochgenau erfasst - von der ersten Umdrehung in der Eindrehphase bis zum Abschalten. Das bedeutet: Die gesamte Kurve wird aufgezeichnet, nicht nur die letzten Grad vor dem Zieldrehmoment. Gerade die frühen Phasen - Eindrehphase und Anliegephase - liefern entscheidende Diagnosehinweise.
Technische Spezifikationen im Überblick
- Messbereich: 3-1000 Nm in 9 Varianten (QUANTEC MCS Multibox®: 1,2-200 Nm)
- Messgenauigkeit Drehmoment: ±1 % zwischen 10 und 100 % des Nennbereiches
- Drehwinkelauflösung: 0,1° Anzeigeauflösung
- Display: 3,2" TFT-Farbdisplay mit Touchpanel für Echtzeit-Kurvenanzeige direkt am Werkzeug
- Konstruktion: Robuste Alu-Titan-Konstruktion für den Einsatz direkt an der Montagelinie
- Datenkommunikation: WLAN-Datenübertragung an PC-Software
Software-Auswertung: QuanLab Pro®, Ceus und QS-Torque
Die erfassten Kurvendaten werden per WLAN an QuanLab Pro®, Ceus oder QS-Torque übertragen. Dort stehen zur Verfügung:
- Grafische Kurvenauswertung - Überlagerung von Referenz- und Ist-Kurven
- Statistische Analyse - Erkennung von Streuungen über Serienverschraubungen hinweg
- Toleranzbandüberwachung - Automatische IO/NIO-Bewertung auf Basis von Drehmoment UND Drehwinkel
- Datenexport - PDF- und Excel-Reports für lückenlose Dokumentation
Für A-Klasse Verschraubungen nach VDI/VDE 2862 ist diese Dokumentationstiefe nicht nur nützlich - sie ist regulatorisch erforderlich. Die Kurvenarchivierung liefert zugleich die Datengrundlage für Cmk- und Cpk-Berechnungen im Rahmen von Maschinen- und Prozessfähigkeitsuntersuchungen.
Fazit: "Drehmoment IO" ist kein Qualitätsbeweis
Ein Drehmomentwert innerhalb der Toleranz bedeutet: Das Werkzeug hat die richtige Kraft aufgebracht. Was mit dieser Kraft in der Verbindung passiert ist - das verrät erst die Drehmoment-Drehwinkel-Kurve.
Wer die Kurve lesen kann, erkennt:
- Ob die Klemmkraft tatsächlich erreicht wurde (Winkel im Sollbereich)
- Ob die Schraube überdehnt ist (Winkel zu groß, Streckgrenze überschritten)
- Ob Reibungsprobleme vorliegen (Winkelstreuung bei stabilem Drehmoment)
- Ob Gewindeanomalien oder Montageprobleme existieren (Unregelmäßigkeiten im Kurvenverlauf)
Der Unterschied zwischen "Drehmoment IO" und "Verbindung wirklich sicher" liegt genau hier: im Fingerabdruck, den nur die Kurvenanalyse sichtbar macht.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen drehmomentgesteuertem und drehwinkelgesteuertem Anziehen?
Beim drehmomentgesteuerten Anziehen wird der Schraubprozess beendet, wenn ein vorgegebenes Zieldrehmoment erreicht ist. Die tatsächliche Vorspannkraft bleibt unbekannt, da Reibungsschwankungen von ±30 % und mehr das Ergebnis verfälschen können.
Beim drehwinkelgesteuerten Anziehen wird die Schraube nach Erreichen eines Anzugsmoments um einen definierten Winkel weitergedreht. Da die Dehnung der Schraube direkt proportional zum Drehwinkel ist, lässt sich die Vorspannkraft zuverlässiger kontrollieren - unabhängig vom aktuellen Reibwert.
Was bedeutet Streckgrenzsteuerung und wann wird sie eingesetzt?
Bei der Streckgrenzsteuerung wird der Schraubprozess genau dann abgeschaltet, wenn die Schraube beginnt, sich plastisch zu verformen. Dies geschieht durch kontinuierliche Überwachung des Kurvengradienten (Ableitung des Drehmoments nach dem Drehwinkel): Fällt der Gradient auf ca. 50 % seines Ausgangswertes, ist die Streckgrenze erreicht.
Dieses Verfahren maximiert die Vorspannkraft und nutzt den Schraubenquerschnitt optimal aus. Es wird vor allem bei sicherheitskritischen A-Klasse Verschraubungen in Automotive und Aerospace eingesetzt.
Was verrät der Gradient (Steigung) der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve?
Der Gradient im elastischen Bereich ist ein direktes Maß für die Verbindungssteifigkeit. Ein steiler Gradient bedeutet eine harte Verbindung (z. B. Metall-auf-Metall), ein flacher Gradient eine weichere Verbindung (z. B. mit Dichtung oder Unterlegscheibe). Abweichungen vom Referenzgradienten sind ein frühzeitiger Hinweis auf Konstruktions- oder Prozessprobleme.
Kann das QUANTEC MCS® die Drehmoment-Drehwinkel-Kurve in Echtzeit anzeigen?
Ja. Das QUANTEC MCS® erfasst mit seiner festpunktlosen Drehwinkelmessung die gesamte Anzugskurve lückenlos und zeigt sie in Echtzeit auf dem integrierten 3,2" TFT-Farbdisplay an. Zur vertieften Auswertung können die Kurvendaten per WLAN in die Software QuanLab Pro®, Ceus oder QS-Torque übertragen und dort statistisch ausgewertet werden.
Was ist der Unterschied zwischen QUANTEC MCS® und Q-CHECK®?
Das QUANTEC MCS® ist ein Analysewerkzeug für die Entwicklung, Qualitätssicherung und Prozessanalyse - es erfasst vollständige Drehmoment-Drehwinkel-Kurven und ermöglicht tiefe Einblicke in das Schraubverhalten.
Der Q-CHECK® ist ein QS- und Audit-Werkzeug, das für Weiterdrehmomentmessungen und Prozessfähigkeitsuntersuchungen (PFU) nach VDI/VDE 2645-3 optimiert ist. Er eignet sich ideal für wiederkehrende Stichprobenprüfungen im laufenden Betrieb.
