Schraubensicherung

Schraubverbindungen sind eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur mechanischen Befestigung in der Industrie, im Bauwesen und in unzähligen anderen Bereichen. Sie bieten den Vorteil, dass sie leicht zu montieren und zu demontieren sind, was sie zu einer flexiblen und wirtschaftlichen Lösung für viele Anwendungen macht. Ein wesentlicher Aspekt bei Schraubverbindungen ist jedoch die Sicherung der Verbindung gegen das Lösen. Schraubensicherung bezieht sich auf Maßnahmen und Techniken, die verhindern, dass sich Schrauben unter Einflüssen wie Vibrationen, Temperaturänderungen oder dynamischen Lasten ungewollt lösen.

1. Warum ist Schraubensicherung notwendig?

Schraubverbindungen können sich im Betrieb unter verschiedenen Einflüssen lösen. Einige der Hauptursachen für das Losdrehen von Schrauben sind:

• Vibrationen und Stöße: Wenn Maschinen oder Strukturen Vibrationen oder Stößen ausgesetzt sind, können Schrauben sich allmählich lockern. Dies gilt besonders für Maschinen wie Motoren oder Getriebe, die häufig hohe Vibrationen erzeugen.

• Temperaturänderungen: Materialien dehnen sich bei Wärme aus und ziehen sich bei Kälte zusammen. Diese wiederholten Zyklen von Ausdehnung und Kontraktion können Schraubverbindungen beeinflussen und zu einem Verlust der Vorspannung führen.

• Setzungsverhalten: Über die Zeit können Materialien, die durch eine Schraubverbindung zusammengedrückt werden, etwas nachgeben oder "setzen". Dies führt zu einem Verlust der Klemmkraft, was das Lösen der Verbindung begünstigt.

• Dynamische Lasten: Bewegliche Teile oder sich verändernde Belastungen können ebenfalls zu einem Nachlassen der Schraubenverbindung führen.

Ohne geeignete Sicherungsmaßnahmen können sich Schraubenverbindungen lockern, was in kritischen Anwendungen zu Maschinenausfällen, Unfällen oder sogar zu katastrophalen Schäden führen kann. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, geeignete Schraubensicherungsmechanismen einzusetzen, um die Funktionsfähigkeit und Sicherheit von Schraubverbindungen langfristig zu gewährleisten.

2. Mechanische Methoden der Schraubensicherung

Mechanische Schraubensicherungen sind physische Vorrichtungen oder Konstruktionen, die verhindern, dass sich Schrauben lockern. Zu den gängigsten mechanischen Sicherungsmethoden gehören:

• Federringe (Sicherungsringe): Sicherungsringe, auch als Federringe bekannt, sind einfache mechanische Sicherungselemente, die zwischen Schraubenkopf und Befestigungsteil platziert werden. Sie wirken als Federn und verhindern das Lösen der Schraubverbindung durch das Aufrechterhalten einer konstanten Spannung auf der Schraube.

  Ein häufiger Typ ist der Sicherungsscheibenring nach DIN 127, der durch seine gebogene Form eine elastische Vorspannung erzeugt und somit ein selbsttätiges Losdrehen verhindert. Solche Ringe sind jedoch in vielen Hochleistungsanwendungen nicht immer ausreichend, da sie bei sehr hohen Vibrationen versagen können.

• Kontermuttern: Bei der Verwendung von Kontermuttern wird eine zweite Mutter auf die erste geschraubt, um die Verbindung zusätzlich zu sichern. Die zweite Mutter wirkt als Konter, indem sie die erste Mutter gegen das Gewinde der Schraube drückt und somit ein Lösen durch Vibrationen verhindert. Kontermuttern sind einfach und effektiv, erfordern jedoch zusätzlichen Platz und erhöhen die Komplexität der Montage.

• Zahnscheiben und Rippenscheiben: Zahnscheiben haben eine gezackte Oberfläche, die sich in das Material der Schraubverbindung einarbeitet. Dadurch wird ein zusätzlicher mechanischer Widerstand gegen das Losdrehen erzeugt. Ähnlich arbeiten Rippenscheiben, die eine radiale Verzahnung aufweisen. Beide Methoden bieten eine hohe Sicherheit, sind jedoch nicht für alle Materialien geeignet, da sie die Oberflächen der Bauteile beschädigen können.

• Splinte und Drahtsicherungen: Splinte werden in gebohrte Schrauben oder Muttern eingesetzt, um das Losdrehen zu verhindern. Nach der Montage wird der Splint gebogen, um ihn zu sichern. Diese Methode ist besonders in der Luftfahrt- und Automobilindustrie verbreitet. Eine ähnliche Methode ist die Drahtsicherung, bei der ein Draht durch Löcher in den Schraubenköpfen oder Muttern gezogen und verdreht wird, um die Verbindung zu sichern. Beide Methoden sind sehr zuverlässig, jedoch aufwändig in der Anwendung.

• Sicherungsmuttern: Sicherungsmuttern, wie Nylon-Stopmuttern, sind Muttern, die eine eingebaute Sicherungsvorrichtung aufweisen. Bei Nylonmuttern wird beispielsweise ein Nyloneinsatz verwendet, der sich beim Anziehen der Mutter leicht verformt und so ein Losdrehen verhindert. Diese Art von Muttern ist besonders in Anwendungen mit mittleren Belastungen und geringen Vibrationen nützlich.

3. Chemische Schraubensicherungen

   Neben mechanischen Sicherungen werden auch chemische Schraubensicherungen eingesetzt. Diese basieren auf speziellen Klebstoffen, die auf das Gewinde aufgetragen werden und dort aushärten, um ein Losdrehen zu verhindern.

• Schraubensicherungsflüssigkeiten: Bekannte Produkte zur chemischen Schraubensicherung sind oft unter dem Markennamen precote, ND oder Loctite bekannt. Diese Flüssigkeiten enthalten mikroverkapselte Klebstoffe, die beim Zusammenschrauben aktiviert werden und aushärten. Es gibt verschiedene Festigkeitsklassen dieser Gewindesicherungsprodukte, die von niedriger (leicht demontierbar) bis zu hoher Festigkeit (dauerhafte Verbindungen) reichen. Chemische Sicherungen sind besonders effektiv bei Anwendungen, die hohe Vibrationen und Temperaturschwankungen aufweisen, da sie sowohl mechanischen als auch thermischen Einflüssen widerstehen.

• Gewindedichtungen: Gewindedichtungen, wie PTFE-Bänder (Teflon-Bänder), haben eine doppelte Funktion. Sie dichten das Gewinde ab und bieten gleichzeitig einen gewissen Schutz vor dem Lösen der Schraube. Diese Methode ist insbesondere bei Rohrverbindungen und in der Sanitärtechnik weit verbreitet. Diese Art der Dichtung kann ähnlich wie bei Schraubensicherungsflüssigkeiten als Vorbeschichtung aufgetragen werden.

4. Auswahl der geeigneten Sicherungsmethode

Die Wahl der richtigen Schraubensicherung hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:

• Art der Belastung: Anwendungen, die starken Vibrationen oder dynamischen Lasten ausgesetzt sind, erfordern in der Regel robustere Sicherungsmethoden wie chemische Sicherungen oder mechanische Sperrvorrichtungen.

• Umgebungseinflüsse: In Umgebungen mit hohen Temperaturen oder aggressiven Chemikalien müssen Schraubensicherungen eingesetzt werden, die diesen Bedingungen standhalten. Nylonmuttern könnten bei hohen Temperaturen versagen, während chemische Schraubensicherungen widerstandsfähiger sind.

• Montage- und Demontagehäufigkeit: Wenn eine Schraubverbindung häufig gelöst und wieder angezogen werden muss, ist eine leicht demontierbare Sicherungsmethode erforderlich. Federringe oder Sicherungsmuttern könnten in solchen Fällen besser geeignet sein als chemische Sicherungen mit hoher Festigkeit.

• Kosten und Verfügbarkeit: Während chemische Schraubensicherungen sehr effektiv sind, können sie teurer sein und eine längere Aushärtezeit erfordern. Mechanische Methoden sind oft kostengünstiger und sofort wirksam.

5. Anwendungen der Schraubensicherung

Schraubensicherungen finden sich in nahezu allen Industrien, von der Automobil- über die Luftfahrt- bis hin zur Elektronikindustrie. Einige typische Anwendungen sind:

- Automobilindustrie: Schraubensicherungen werden in Fahrzeugmotoren, Aufhängungen und Getrieben eingesetzt, wo starke Vibrationen und dynamische Belastungen auftreten.

- Luft- und Raumfahrt: In der Luftfahrtindustrie müssen Schrauben extremen Bedingungen standhalten, daher sind mechanische Sperrmethoden wie Splinte und Drahtsicherungen weit verbreitet.

- Maschinenbau: In Produktionsmaschinen, die konstanten Vibrationen und Temperaturänderungen ausgesetzt sind, kommen sowohl chemische als auch mechanische Schraubensicherungen zum Einsatz.

Fazit

Die Sicherung von Schraubverbindungen ist von entscheidender Bedeutung, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Maschinen, Fahrzeugen und Strukturen zu gewährleisten. Es gibt eine Vielzahl von mechanischen und chemischen Methoden zur Schraubensicherung, von einfachen Sicherungsringen bis hin zu hochentwickelten Schraubensicherungsflüssigkeiten. Die Auswahl der richtigen Methode hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich der Belastungen, der Umgebungseinflüsse und der Kosten. Indem man die passende Schraubensicherung einsetzt, kann man nicht nur das Risiko eines Ausfalls reduzieren, sondern auch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Schraubverbindungen erhöhen.