Auswahl von Flüssigkunststoff für Schraubensicherungen und Gewindedichtungen

Chemisch-stoffschlüssige Klemmkraft

Anzeige
Sichere und dichte Gewinde sind Stand der Technik. Die Konstruk-tion und die Kraftverteilung im Gewinde stehen jedoch gegen diese Forderungen. Gewindespiel und Toleranzen machen eine Änderung der Situation im Gewinde zwingend notwendig, wenn die Gewindeverbindung ihre Aufgabe zuverlässig erfüllen soll. Durch chemische Stoffe im Gewinde sind die Parameter Stoffschluß, Dichtheit und Klemmkraft günstig zu beeinflussen.

Der Autor Dipl-Ing. (FH) Rudolf Neumayer ist Leiter Anwendungstechnik bei der Loctite Deutschland GmbH, München. Loctite ist ein weltweit führender Hersteller von Kleb- und Dichtstoffen für Industrie, Reparatur und Wartung. Zwei weltweit tätige Ingenieur-Zentren arbeiten für kundennahe Forschung und Entwicklung bis hin zu produktrionsfertigen Lösungen.

Die Kräfte im Gewinde
Schraubverbindungen gehören nach wie vor zu den am häufigsten verwendeten Verbindungsmethoden. Zur Bestimmung der erforderlichen Anzahl von Schrauben in der entsprechenden Dimension und richtigen Qualität für die jeweils notwendige Klemmkraft ist eine möglichst genaue Kenntnis der einwirkenden Kräfte und sonstigen Betriebsbedingungen notwendig.
Die Festlegung der Montagemethode, des Montageablaufes und der Anzugsmomente gewährleistet im allgemeinen die Erzeugung der erforderlichen Vorspannung. Zur Erhaltung der Vorspannung und damit der Funktion der Verbindung ist die Schraubensicherung als Garantieelement nicht mehr wegzudenken.
Ein Verlust der Vorspannung während der Betriebsbeanspruchung kann durch Lockern infolge Setzens bzw. Kriechens, oder durch selbsttätiges Losdrehen als Folge von Relativbewegungen zwischen Schraube und Gegengewinde, verursacht werden. Das selbsttätige Losdrehen führt neben der Materialermüdung des Schraubenwerkstoffes am häufigsten zum Versagen einer Verbindung. Der auslösende Faktor ist nicht, wie weithin geglaubt, eine zu große axiale Belastung, auch wenn diese schwellend auftritt. Viel gefährlicher sind dynamische Beanspruchungen senkrecht zur Schraubenachse. Dadurch können Querverschiebungen entstehen, die wesentlich größere Relativbewegungen zwischen den Gewindeflanken erzeugen. Je nach Gewindespiel kann der Reibschluß im Gewinde und an den Kopfauflageflächen völlig eliminiert werden (Bild 2).
Auf dieser Erkenntnis basierend sind Aufbau und Wirkungsweise von Schraubenprüfständen so ausgelegt, daß über Exzenter definierte Verschiebungen als Belastung aufgebracht werden. Sicherungselemente, die auf solchen Prüfständen getestet wurden, zeigen, ob sie zurecht den Namen Sicherungselement tragen. Die mechanischen Elemente, wie Federring, Zahnscheibe oder Fächerscheibe beweisen lediglich Ihren dekorativen Wert, keinesfalls aber eine Sicherungswirkung: Unter den wirkenden Querkräften konnten sich die Gewindeflanken infolge der Gewindetoleranzen geringfügig seitlich bewegen, so daß die Kopfreibung und die Reibung zwischen den Gewindeflanken komplett aufgehoben wurden (Bild 3).
Auswahlkriterien „Chemische Schraubensicherung“
Schraubensicherungen müssen höchsten Ansprüchen gerecht werden. Je nach Anwendungsfall werden die Prioritäten der Anforderungen unterschiedlich gesetzt und somit das optimale Leistungsspektrum „der chemischen Schraubensicherung“ neu definiert.
Für die Auswahl des geeigneten Produktes empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:
n Prüfen, ob beide Fügepartner aus Metall oder Kunststoff gefertigt sind. Hier entscheidet sich, ob anaerob härtende Schraubensicherungen (eventuell mit Aktivator) verwendet werden können oder ob auf andere Systeme ausgewichen werden muß
n Abschätzen der Betriebstemperatur. Die anaerob härtenden Schraubensicherungen sind für Betriebstemperaturen bis zu 150 °C ausgelegt. So stellt sich oft nur die Frage, ob im Anwendungsfall mehr als 150 °C anliegen
n Neben Temperaturen wirken auch Medien wie Wasser, Öl, Treibstoff oder Gase auf die Schraubensicherung ein. Eine Limitation besteht aber in der Regel nur, wenn stark oxidierende Medien, wie konzentrierte Säuren, Chlorgas oder Ähnliches am Werke sind. Datenblätter und Beständigkeitslisten für die chemischen Produkte geben hierüber Auskunft
n Der Turnus des Lösens einer Schraubverbindung gibt Aufschluß über die Wahl „hochfeste“, „mittelfeste“ oder „niedrigfeste“ Schraubensicherung. Sind Wartung und Reparatur vorrangig, können nur niedrig- oder mittelfeste Produkte verwendet werden
n Gewindegröße und Gewindeart (Regelgewinde, Feingewinde o. ä.) sind maßgebende Einflußgrößen bei der Auswahl des Fließverhaltens des flüssigen Sicherungsproduktes. Für sehr kleine Gewinde (bis M 6) empfiehlt sich eine fast wasserähnliche Konsistenz, durch welche die kleinen Zwischenräume im Gewinde und in den Oberflächenstrukturen mikroskopisch genau ausgefüllt werden. Mittlere Viskosität mit thixotropem Verhalten emfiehlt sich für größere Gewinde, um ein Abtropfen des Sicherungsmaterials nach dem Auftragen zu vermeiden. Bei extrem großen Schrauben (Bis M80 und mehr) können auch sehr hochviskose, thixotrope Produkte (gelartig) zum Einsatz kommen. Wichtig ist in jedem Fall, daß das Fließverhalten gut genug ist, um die Teile zu benetzen, aber dickflüssig genug, um genügend Material auf dem Gewinde zu halten, um alle Spalten füllen zu können.
Zusatznutzen Dichtheit
Logische Konsequenz der Spaltfüllung im Gewinde ist eine Dichtheit der Schraubverbindung. Die chemische Schraubensicherung verhindert somit, daß Flüssigkeiten oder Gase zwischen die Gewinde gelangen und dort irreparable Schädigungen hinterlassen. Da sich die gehärtete Schraubensicherung völlig neutral verhält, erfüllt sie zusätzlich die Funktion des Korrosionsschutzes im Gewinde. Die Dichtwirkung der chemischen Schraubensicherung er-übrigt oft teure Sacklochkonstruktionen. Dieser Vorteil kann an jeder Art genutzt werden, da die Schraubverbindungen normalerweise die sogenannten Sekundärlekagewege sind. Dabei spielt es keine Rolle, ob gegen flüssige oder gasförmige Medien gesichert und gedichtet werden muß. Typische Anwendungsfälle, bei denen dieser Vorteil gezielt genutzt wird, sind der Motor- und Getriebebau für Fahrzeuge, Flanschverschraubungen an Pumpen, Vorratsbehältern und Pneumatikeinheiten usw.
Verarbeitung der flüssigen Schraubensicherung
Damit alle diese Funktionen, die im Lieferumfang einer chemischen Schraubensicherung enthalten sind, auch genutzt werden können, muß vor der Montage der Grundstein gelegt werden. Die Schrauben und Gegengewinde müssen gereinigt sein und frei von Öl, Staub und sonstigen Verschmutzungen der Montage zugeführt werden. Je nach Automatisierungsgrad der Fertigung wird dann direkt aus der Flasche oder einem anderen einfachen Handhabungsgerät die flüssige Schraubensicherung aufgetragen. Je größer die Stückzahlen in der Fertigung werden, um so höher steigt auch der Automatisierungsgrad bei der Dosierung und der anschließenden Handhabung der Teile.
Das trockene Verfahren der Sicherung
Werden die Anforderungen an die flüssige Schraubensicherung und deren Handhabung bei der Montage großer Stückzahlen zu umfangreich, lohnt das Nachdenken über eine vorbeschichtete Schraubensicherung. Die Vorbeschichtung ist eine Technologie zum werkseitigen Aufbringen chemischer Produkte auf Gewinde. Diese vorbeschichteten Sicherungen sind reaktive Stoffe, die Mikrokapseln enthalten, welche beim Eindrehen der Gewindeteile platzen, einen Aktivator freisetzen und zum Härten im Gewinde führen. Diese Variante der Schraubensicherung beinhaltet alle Funktionseigenschaften einer flüssigen Schraubensicherung.
Ein so vorbeschichtes Gewindeteil ist gebrauchsfertig und kann, wie angeliefert, montiert werden. Das reduziert die Teilevielfalt sowie die Anzahl der Montageschritte und wertet die Schraube als Montageelement auf. Diese Vorbeschichtungen bringen häufig Dienstleister auf die Schraube auf. Dadurch verarbeitet der Endanwender keine „Chemie“ mehr und kann den Umgang mit den flüssigen Produkten komplett aus der Montage auslagern. Da die vorbeschichtete Schraube (inclusive Sicherung) ein einziges Montageelement ist, läßt sie sich problemlos in jede Fertigung integrieren, senkt sie die Fehlerwahrscheinlichkeit im Montageprozeß und verbessert gleichzeitig Einfachheit sowie Zuverlässigkeit einer automatisierten Montage.
Neben vorstehenden technischen Entscheidungskriterien ist zu beachten, daß eine Vorbeschichtung erst bei mehreren Tausend Teilen wirtschaftlich ist.
Die bequeme Gewindedichtung
Neben den typischen Schraubverbindungen gibt es noch eine Vielzahl von Gewindeverbindungen, die einfach nur abgedichtet werden müssen, ohne auch gesichert zu werden. Als reine Dichtprodukte eignen sich hier hervorragend die dauerelastischen Vorbeschichtungen. Einmal aufgetragen, sind diese – ohne zu verspröden – über mehrere Jahre als Vorbeschichtung auf dem Gewinde lagerfähig, Nur dadurch können beim Montieren Oberflächenrauhigkeiten und Toleranzen im Gewinde ausgeglichen und gefüllt werden. Die Dichtung bleibt im verschraubten Zustand anpassungsfähig, erlaubt ein Justieren der Schraubverbindung – selbst wenn die Verbindung wieder etwas gelockert werden muß – ohne dabei die Dichteigenschaften zu verlieren. Dies ist bei Winkelstücken, Armaturen, Meßinstrumenten und ähnlichen Elementen notwendig. Diese Vorbeschichtung ist eine sehr saubere Art zu dichten.
Die Dichtung wird, wie bei der vorbeschichteten Sicherung, lagerichtig in der geeigneten Schichtdicke auf dem Gewinde aufgetragen. Damit befindet sich die Dichtung genau dort, wo sie wirken muß, im bzw. auf dem Gewinde. Die Anwendungsgebiete reichen von der Rohrgewindedichtung, über das Dichten von Pneumatiksystemen bis hin zu Dichtungen auf Gewindestopfen für die Automobilindustrie.
Das erfolgreiche Gewindedichtungsprodukt Loctite 5061 wurde entsprechend der Europa-Norm 751-2 vom DVGW getestet und positiv beurteilt. Deshalb wird dieses Produkt auch im Heizungsbau und im Sanitärbereich eingesetzt.
Sicherung durch höhere Klemmkraft
Mit den bisher beschriebenen Methoden können Gewinde mit und ohne Sicherungswirkung gedichtet werden. Da-rüberhinaus besteht die Möglichkeit, justierbare Schraubensicherungen mittels der sogenannten Fleckbeschichtung – einem punktförmig auf das Gewinde aufgetragenen Kunststoff – zu realisieren. Loctite nennt diese Vorbeschichtung Driloc-Plastic. Im Gegensatz zu den Vorbeschichtungen mit Mikrokapseln, handelt es sich hier um eine nichthärtende, oberflächentrockene Beschichtung.
Durch die zähharte Fleckbeschichtung wird beim Verschrauben das Spiel im Gewinde in eine Pressung überführt. Das erzeugt die Klemmkraft, die auf der gegenüberliegenden Seite der Fleckbeschichtung die Flankenpressung an den blanken Gewindegängen erhöht und mangels Spiel erhält.
Die aufgetragene Schichtdicke und Punktgröße kann für die erforderliche Vorspannung, je nach Kundenwunsch, variiert werden.
Da Driloc Plastic nichthärtend ist, können die Teile wiederholt nachjustiert werden, ohne sich bei Vibrationsbelastung zu lösen. Anwendungen in der Möbelindustrie, Elektromechanik, bei Schließsystemen oder an Meß- und Regelgeräten sind bereits Stand der Technik.
Gewindevor-
beschichten
KEM 443
Gewindedichten
KEM 444
Der Autor Dipl.-Ing. (FH) Rudolf Neumayer ist Leiter Anwendungstechnik bei der Loctite Deutschland GmbH, München. Loctite ist ein weltweit führender Hersteller von Kleb- und Dichtstoffen für Industrie, Reparatur und Wartung. Zwei weltweit tätige Ingenieur-Zentren arbeiten für kundennahe Forschung und Entwicklung bis hin zu produktionsfertigen Lösungen.
Die chemischen Schraubensicherungen füllen die Zwischenräume im Gewinde aus und polymerisieren dort zu einem harten Kunststoff. Damit ist eine Relativbewegung senkrecht zur Schraubenachse nicht möglich, die Reibung bleibt erhalten und die chemischen Schraubensicherungen leisten, was sie versprechen. Sie wirken genau dort, wo die Ursache für den Schwachpunkt in der Schraubverbindung liegt, im Gewinde.
Der Dienstleister
Die Firma Loctite entwickelt die hier beschriebenen Beschichtungsprodukte selbst und beschichtet damit Schrauben als Dienstleister. Loctites Pre-Applied-Center in Bad Camberg bietet dafür dem Kunden die ganze Bandbreite der Beschichtungstechnologie an und beweist, daß eine Vorbeschichtung keine einheitliche Standardgröße ist, sondern individuell auf die Anforderung des Kunden abgestimmt werden sollte. Das beginnt bei der Produktauswahl, führt über die Festlegung der Beschichtungslänge bis hin zur Platzierung auf dem Gewinde.
Anzeige

Emerson: Pneumatik 4.0

Smartenance

Pneumatik 4.0 bei Emerson im Überblick

Video aktuell

Die Zimmer Group präsentiert auf der Motek 2019 Neuheiten für die Mensch-Roboter-Kollaboration: Darunter Erweiterungen im Portfolio der mechatronischen Greifer sowie unterschiedliche Möglichkeiten der Ansteuerung der End-of-Arm-Tools.

Aktuelle Ausgabe

Titelbild KEM Konstruktion Entwicklung Management 12
Ausgabe
12.2019
LESEN
ARCHIV
ABO

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Top-Thema Spannvorrichtungen

Spannvorrichtungen

Alles über Spannvorrichtungen und welches Einsparungspotenzial sie bieten

Top-Thema Schaltschränke

Alle Infos über den Schaltschrankbau mit seinen Komponenten, Geräten und deren Verdrahtung

Kalender

Aktuelle Termine für Konstrukteure

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de