Schraubensicherung: Simple und dennoch hochanspruchsvolle Bauteile

Schraubensicherung

Experten berichten über die Entwicklung der Schraubensicherung

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Die Schraubensicherung ist so alt wie das Gewinde selbst. Automatisierte Montageprozesse erfordern aber auch hier neue Ideen, zudem entsprechen alteingesessene Produkte teilweise heute gar nicht mehr dem Stand der Technik, einige Normen wurden daher bereits vor Jahren zurückgezogen. Dennoch sind viele dieser Bauteile noch immer im Einsatz. Wir haben uns mit vier Experten unterhalten, und nachgefragt, wie die Branche mit den Herausforderungen umgeht.

Interview: Tobias Meyer, freier Mitarbeiter der KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Ist Schraubensicherung irgendwann nicht mehr nötig, weil Schrauben selbst immer besser werden?

Lutz Güde (Güde): Standardschrauben sind genormt und werden nicht „besser“. Wenn Schrauben etwa durch Material oder Festigkeit besser werden, werden diese auch teurer. Von daher wird eine Schraubensicherung bei Standardschrauben immer zum Einsatz kommen.

Franz-Philipp Neumann (Böllhoff): Der Trend zum Leichtbau mit kurzen Klemmlängen und steigenden Maschinenleistungen verstärkt den Einsatz von Schraubensicherungen. Die Sicherheit einer Schraubenverbindung beruht auf den vier Säulen Auslegung der Verbindung, Materialeigenschaften Schraube, Sicherungsmethode und Montage der Schraubverbindung. Umso mehr Aufwand ich in die konstruktive Auslegung der Bauteile und Komponenten sowie abgestimmte Montageverfahren investiere, um so weniger Anwendungsfälle gibt es, bei denen der Einsatz von zusätzlichen Sicherungselementen notwendig ist. Dies trifft auf Industrien wie Automobiltechnik und Luft- und Raumfahrt zum Teil zu, wobei auch hier Schraubensicherungen bei sicherheitsrelevanten Verbindungen und hohen Belastungen nicht wegzudenken sind. In vielen anderen Industriebereichen wird die Schraube noch konventionell über Drehmomenten montiert und die Auslegung beruht auf Erfahrungswerten und empirischen Daten. Hier wird die Zuverlässigkeit von Schraubenverbindungen auch in Zukunft von dem Einsatz der richtigen Sicherungsmethode abhängen.

Anselm Weckerle (Omnitechnik): Wir sind überzeugt, dass, so lange es Schrauben gibt, auch immer Schraubensicherungen benötigt werden. Die mechanischen Zusammenhänge werden auch bei neuen Schrauben immer die gleichen bleiben. Im Gegenteil: Immer höhere Anforderungen an die Schraubverbindungen, wie z.B. durch Leichtbau, machen in vielen Fällen eine zusätzliche Schraubensicherung unabdingbar. Gewindevorbeschichtungen, wie z.B. Precote 85, sind ein multifunktioneller Teil des technischen Systems Schraube-Mutter. Da kein zusätzliches Bauteil erforderlich ist, garantieren vorbeschichtete Teile ein hohes Maß an Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit.

Patrick Rödel (Würth): Bei richtiger Gestaltung, Berechnung und Montage sind Schraubensicherungen in vielen Fällen nicht erforderlich. Des Weiteren sind auch heute schon verschieden Schraubentypen verfügbar, die die Schraubensicherung gleich mitbringen – also in einem Element vereinen. Das System Schraubverbindung hat demnach bereits evolutionäre Design-Prozesse durchlaufen und stellt differenzierte Lösungen bereit. Wir unterstützen unsere Kunden hier bei der Auslegung, um eine optimale Kosten-Nutzen-Entscheidung zu treffen.

KEM Konstruktion: In der Vergangenheit wurden einige Normen klassischer Schraubensicherungselemente zurückgezogen. Was hat sich dadurch geändert und wie haben Sie mit Ihren Produkten darauf reagiert? 

Güde (Güde): Das Zurückziehen der Normen geschah auf Geheiß des Deutschen Schraubenverbandes. Nichtsdestotrotz werden „zurückgezogene“ Schraubensicherungen noch milliardenfach und unter verschiedensten Bedingungen eingesetzt. Aufgrund des Zurückziehens der Normen werden diese Teile nun nicht mehr technisch begleitet. Dies ist sehr negativ, da sie sich daher in einer Grauzone befinden, was kein Techniker gerne hat. Zum Beispiel fließen neueste Erkenntnisse der Wärme- und der Oberflächenbehandlung nicht mit ein. Dies ist suboptimal, da es wichtige Änderungen und Entwicklungen in den letzten Jahren gegeben hat . In den USA zum Beispiel sind baugleiche Teile immer noch Teil der Normung und werden entsprechend entwickelt. Zum Glück gibt es auch in Europa in den letzten Jahren eine Änderung der Denkweise. Zudem gibt es eine ganze Menge Schraubensicherungen, die technisch deutlich effektiver sind als die angesprochenen zurückgezogenen Normen. Leider sind diese weniger am Markt bekannt, da häufig „nur Artikelnummern“ eingekauft werden. Der Fokus liegt weniger auf der technische Beratung. Eine Änderung einer Zeichnung oder einer bestehenden Konstruktion vermeidet leider so gut wie jede Organisation. Trotz allem gibt es positive Gegenbeispiele. Die Technik muss eben den Einkauf überwinden.

Neumann (Böllhoff): Die klassischen Sicherungselemente, wie Federringe und Zahnscheiben, sind nicht für den Einsatz von hochfesten Schrauben, wie etwa der Festigkeitsklasse 8.8, geeignet. Die Norm wurde bereits 2003 zurückgezogen. Da ist es erschreckend, wie viele Kunden noch entsprechende Elemente einsetzen und damit nicht mehr dem Stand der Technik und der Maschinenrichtlinie entsprechend konstruieren und produzieren. Für Böllhoff hat das zurückziehen dieser Normen bedeutet, sich intensiv mit dem Thema auseinanderzusetzen. Wir haben inzwischen ein umfassendes Know-how zu dem Thema aufgebaut. Zum Beispiel haben wir Prüfstände in unserem Labor, um die Losdrehsicherheit von Elementen unter dynamischer Querbelastung zu beurteilen. Auf unser Produktportfolio bezogen haben wir ein breites Sortiment aufgebaut und sind mit Partnern, wie Nord-Lock und Omnitechnik, im Markt unterwegs, haben aber auch eigene Sicherungselemente entwickelt, wie z.B. Ripp Lock, um sicherheitsrelevante Anwendungen richtig zu bedienen. Es gibt nicht mehr das Standard-Sicherungselement. Es sollte immer anwendungsspezifisch entschieden werden, ob ein Sicherungselement notwendig ist und wie eine adäquate Sicherung aussehen kann.

Weckerle (Omnitechnik): Der Erfolg von Klebstoffen zum Sichern, Klemmen und Dichten von Schraubverbindungen in den letzten Jahrzehnten zeigt, dass diese die technischen Anforderungen der aktuellen Normen übertreffen und den Kunden eine optimale Lösung bieten. Der Beweis dafür sind die erfolgreichen statischen und dynamischen Tests und die Verwendung auf breiter Basis.

Rödel (Würth): Das Zurückziehen dieser Produktnormen war aus technischer Sicht vernünftig, weil deren Wirksamkeit als Losdreh- bzw. Verliersicherung nicht gegeben war. Wir überprüfen regelmäßig unser Produktsortiment und passen es normativen Veränderungen an. Verschiedene Gründe führen allerdings zu einer weiteren Verwendung solcher Produkte. So werden bestehende Konstruktionen zum Beispiel häufig nicht mehr angepasst und auch verschiedene zurückgezogene Sicherungselemente erfüllen noch andere für die Anwender relevante Funktionen, wie die elektrische Kontaktierung. Ebenfalls findet sich ein Einsatzgebiet im Bereich Ersatzteilbedarf. Aus diesem Grund ist die Würth Industrie Service bei derartigen Normteilen heute immer noch lieferfähig und es wurden vor allem zusätzliche Sicherungselemente in unser Sortiment aufgenommen.

KEM Konstruktion: Der klassische Splint in einer Kronenmutter ist sicherlich schwierig vollautomatisiert einzusetzen. Erfordert die immer stärkere Automatisierung der industriellen Schraubprozesse auch neue Produkte hinsichtlich Sicherung?

Güde (Güde): „Bei uns ändert sich alles außer das Produkt“ ist einer unserer Leitsätze. Unsere Maschinen überwachen sich selber und können in einer 24h Geisterschicht produzieren. Obwohl das Produkt das gleiche seit Jahrzehnten ist, hinterfragen wir uns ständig. Die interne Vernetzung, das Abstimmen und Verschlanken der Prozesse gehört heute zum täglichen Brot.

Neumann (Böllhoff): Einen Splint automatisch und passgenau zuzuführen und anschließend entsprechend zu verankern, wäre eine neue Herausforderung. Kronenmuttern wurden aber ja normtechnisch ebenfalls zurückgezogen. Sie erfordern einen aufwändigen Prozess für ein nur geringes Maß an Sicherheit. Bezüglich der Automatisierung von Sicherungselementen geht der Trend in Richtung Kombi-Schraube. Durch das verheiraten von Schraube und Sicherheitsscheibe spare ich Zeit und reduziere Fehlerquellen bei gleicher Funktion. Mikroverkapselungen sind ebenfalls eine Möglichkeit, hier ist allerdings der Beschichtungsabrieb in der Zuführung zu beachten.

Weckerle (Omnitechnik): Wir sehen im Moment wenig Alternativen zur chemischen Schraubensicherung. Diese ist für die Serienfertigung nach wie vor eine der günstigsten und betriebssichersten Lösungen. Heute werden täglich Millionen vorbeschichteter Schrauben in automatisierten Fertigungslinien von computergesteuerten Schraubern montiert, sprich die Vorbeschichtungsmaterialien sind in modernen Montageprozessen bereits voll integriert.

Rödel (Würth): Kronenmuttern werden heute aus unterschiedlichen technischen Gründen nur noch selten verwendet. Hierzu zählt unter anderem die schwer automatisierbare Montage und die damit einhergehend hohen Montagekosten sowie der geringe Korrosionsschutz an Splintinnenseite und Splintloch. Die Kronenmutter mit Splint wirkt auch bestenfalls nur als Verliersicherung und stellt keine wirksame Sicherung gegen Losdrehen dar. Andere wirksame Sicherungselemente hingegen, sind sehr gut bei vollautomatisierten industriellen Schraubprozessen einsetzbar. Hier ist es dann von großer Bedeutung die Schraubprozessparameter zu ermitteln und unter Kontrolle zu behalten. Zur Bestimmung dieser Parameter bieten wir Kunden umfangreiche Schraubfallanalysen in unserem akkreditierten Labor an.

KEM Konstruktion: Welche potenziellen Entwicklungen sehen Sie künftig in der Schraubensicherung?

Güde (Güde): Die kaufmännische Betrachtung ist eindeutig: Wir sind in den letzten fünf Jahren jedes Jahr über 10 % gewachsen, womit klar ist, dass der Markt auf jeden Fall vorhanden ist. Die technische Entwicklung ist spannend. Schraubensicherungen können viele weitere Zwecke erfüllen, wie zum Beispiel eine bessere Leitfähigkeit bei Strömen. Die Sicherstellung einer hohen Produktqualität, eine damit verbundene lückenlose Dokumentation und die Reduzierung der Gesamtbezugskosten/Total Cost of Ownership sind die Anforderungen der Zukunft.

Neumann (Böllhoff): Es gibt immer wieder gute Ideen, wie sich die Sicherheit der Schraubenverbindung erhöhen lässt. Beispiele für innovative Produkte, die wir auch in unser Sortiment aufgenommen haben, sind hier Saper-Lock-Muttern – sie sichern unabhängig von der Vorspannkraft – und der Parryplug-Manipulationsschutz, er sichert nicht gegen selbsttätiges Losdrehen, sondern gegen bewusstes Losdrehen, also Manipulation. Eine für mich aktuell interessante Entwicklung sind „smarte“ Verbindungselemente. Unter diesem Begriff werden Schrauben verstanden, die die Vorspannkraft der Verbindung messen. So kann der mit dem Losdrehen verbundene Abfall der Vorspannkraft detektiert und entsprechend reagiert werden. Heute sind entsprechende Elemente noch teuer und visionär, sie bieten vielleicht aber in der Zukunft die Möglichkeit, die Sicherheit bestimmter Schraubverbindungen signifikant zu erhöhen und zu verstehen, was in der Schraube passiert.

Weckerle (Omnitechnik): Wir glauben, dass die Basisanforderung gleichbleiben wird: den Schraubenverbund gegen Lösen bei dynamischer Belastung zu sichern. Natürlich werden Veränderungen, wie z.B. die Elektromobilität, neue Anforderungen mit sich bringen. In diesem Fall könnte zum Beispiel die geforderte Leitfähigkeit von Schraubverbindungen das Anpassen der Beschichtungsmaterialien bedingen.

Rödel (Würth): Heute angepriesene Innovationen sind zum Teil Kombinationen aus mehreren bekannten Einzelfunktionen. Mit der eigentlichen Sicherung der Schraubverbindung hat das häufig nicht mehr viel zu tun. Sehr wirkungsvoll zur Erhöhung der Sicherheit einer Schraubverbindung ist die sachgerechte Abstimmung von Gestaltung, Berechnung und Montage. Aus unserer Sicht bietet das Portfolio an Schraubensicherungsmöglichkeiten die erforderliche Vielfalt, sodass wir keine große Notwendigkeit in einer weiteren Diversifikation erkennen. Die Herausforderung liegt vielmehr darin, sich individuell auf die jeweilige Anwendung bezogen aus diesem Portfolio zu bedienen. Wer hier den Überblick behält, ist in der Lage nahezu alle Anforderungen zu erfüllen. Insofern können wir die meisten Aufgabenstellungen unserer Kunden mit Standardprodukten lösen, werden allerdings in Einzelfällen in die Entwicklung und Beschaffung spezieller Sicherungsmöglichkeiten einbezogen. Möglicherweise entstehen aus solchen Individuallösungen für unsere Kunden echte Innovationen. Diese werden aber alle anderen Sicherungselemente in absehbarer Zeit eher nicht ersetzen.

www.boellhoff.com

www.guede.net

www.precote.com

www.wuerth-industrie.com

Weitere Trends und Meldungen zur Schraubensicherung sowie Details zu den zurückgezogenen Normenfinden Sie auf unserer Themenseite:
hier.pro/uxbDS


„Es gibt eine ganze Menge Schraubensicherungen, die technisch deutlich effektiver sind als die zurückgezogenen Normen. Leider sind diese weniger am Markt bekannt, da häufig ‚nur Artikelnummern‘ eingekauft werden.“

Lutz Güde, Geschäftsführer von Güde
Bild: Güde

„Eine interessante Entwicklung sind ‚smarte‘ Verbindungselemente. Darunter werden Schrauben verstanden, die die Vorspannkraft der Verbindung messen. So kann der mit dem Losdrehen verbundene Abfall der Vorspannkraft detektiert und entsprechend reagiert werden.“

Franz-Philipp Neumann, Produktmanager bei Böllhoff
Bild: Böllhoff

„Wir sehen hinsichtlich automatisierter Serienfertigung im Moment wenig Alternativen zur chemischen Schraubensicherung. Diese ist nach wie vor eine der günstigsten und betriebssichersten Lösungen.“

Anselm Weckerle, Leitung Vertrieb Europa und Anwendungstechnik bei Omnitechnik
Bild: Omnitechnik/Precote

„Das Portfolio an Schraubensicherungsmöglichkeiten bietet die erforderliche Vielfalt, so dass wir keine große Notwendigkeit in einer weiteren Diversifikation erkennen. Die Herausforderung liegt vielmehr darin, sich individuell auf die jeweilige Anwendung bezogen aus diesem Portfolio zu bedienen.“

Patrick Rödel, Stellvertretender Leiter Ressort Technik bei Würth Industrie
Bild: Würth
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