Schraubensicherung – Losdrehen wirkungsvoll verhindern

Schraubensicherung

Schrauben einfach nur fest anzuziehen reicht häufig nicht, da sie sich unter bestimmten, nicht vermeidbaren Bedingungen von selbst wieder lösen können – ein Beispiel sind Vibrationen im Einsatz. Daher bedarf es zusätzlicher Sicherungsverfahren – abhängig von den jeweiligen Einsatzbedingungen. Erfahren Sie auf dieser Seite mehr zu den gängigen Sicherungsprodukten sowie ergänzend zum Manipulationsschutz und zum sicheren Schraubprozess.

Entstanden in Zusammenarbeit mit der Böllhoff GmbH

Schraubensicherung

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Manipulationsschutz

Prozesssicheres Schrauben

Wissenswertes

Grundsätzliches zur Schraubensicherung

Schrauben einfach nur fest anzuziehen reicht häufig nicht, da sie sich unter bestimmten, nicht vermeidbaren Bedingungen von selbst wieder lösen können. Daher bedarf es zusätzlicher Sicherungsverfahren, die in verschiedenen Varianten für die jeweiligen Einsatzbedingungen entwickelt wurden.

Ältere Technik oft nicht ausreichend
Inzwischen haben sich auch lange als bewährt geltenden Methoden als unzureichend herausgestellt, weshalb einige Normen zurückgezogen wurden: Bestimmte Sicherungselemente sind bei höherfesten Schraubenverbindungen (ab Festigkeitsklasse 8.8) wirkungslos. Denn eine sachgerecht ausgeführte Schraubenverbindung baut wesentlich höhere Spannkräfte auf, als ein Federring oder eine Federscheibe an Federkraft aufbauen könnte, sie sind auch als Setzsicherung nicht geeignet. Bisher wurden vom DIN Deutschen Institut für Normung e. V. folgende Normen über Sicherungselemente zurückgezogen:

  • Federringe (DIN 127, DIN 128 und DIN 6905)
  • Federscheiben (DIN 137 und DIN 6904)
  • Zahnscheiben (DIN 6797)
  • Fächerscheiben (DIN 6798 und DIN 6908)
  • Sicherungsbleche (DIN 93, DIN 432 und DIN 463)
  • Sicherungsnäpfe (DIN 526)
  • Sicherungsmuttern (DIN 7967)
  • Kronenmutter mit Splint (DIN 937)
Die entsprechenden Bauteile wurden teilweise aber durch verbesserte Varianten ersetzt. Im Zweifel sollte der entsprechende Begriff (z.B. Kronenmutter) in der Datenbank des Beuth-Verlags unter www.beuth.de abgefragt werden, um zu überprüfen, ob und in welcher Form die gewünschte Schraubensicherung noch zulässig ist.

Setzsicherung
Die Sicherungselemente kompensieren die Kriech- und Setzbeträge sowie die Elastizität der Bauteile. Sie verhalten sich meistens ähnlich einer Druckfeder.
Mitverspannte, federnde Elemente sind beispielsweise Tellerferdern und die stärkere Spannscheibe (ab Festigkeit 8.8): Unter Schraubenkopf oder Mutter erhalten sie die Spannkraft, auch wenn sich die Gegenauflage setzt. Der Kraftschluss – hier alleinig für die Sicherung verantwortlich – wird optimiert. Eingesetzt werden alle bei axialer Belastung, gegen ein Losdrehen durch wiederholte Querbelastung sind diese Elemente jedoch wirkungslos. Teilweise sind aber auch Spannscheiben verfügbar, die zusätzlich einen Formschluss durch das Einprägen einer Schrägverzahnung in die Gegenauflage erzeugen, sie werden meist als Spannsicherungsscheibe bezeichnet. Kombivarianten zusammen mit einer Mutter oder einer Schraube sind ebenfalls gängig. Da nur schwer überprüft werden kann, ob die Federelemente nicht überspannt wurden, ist eine Mehrfachverwendung zwar möglich, aber nicht ratsam.
Klassische Unterlegscheiben verteilen die Kraft auf eine größere Fläche und schonen so die Oberfläche des Bauteils, wodurch auch Setz- und Kriecheinflüsse verringert werden. Gleichzeitig wird die Reibung erhöht und so die Schraube zusätzlich gesichert. Auch hier gibt es Kombiprodukte, etwa Flanschmuttern und -schrauben.

Losdrehsicherung
Diese Sicherungselemente verhindern Relativbewegungen zwischen den Verbindungselementen. Dabei soll mind. 80 % der Vorspannkraft erhalten bleiben.
Als sperrende Elemente werden Verfahren bezeichnet, die eine formschlüssige Sicherung bieten, so etwa die RippLock-Scheiben von Böllhoff. Die als Sicherungsscheiben bezeichneten Elemente eignen sich vor allem für Metalle mit geringer Festigkeit (Alu, Kupfer, Magnesiumguss-Legierungen) und schonen die Auflagefläche auch bei lackierten und pulverbeschichteten Oberflächen. Auch bei verstellbaren Befestigungen von Komponenten (z.B. Vorspannung bei Riemenantrieb) und für Langloch-Anwendungen kommen Sicherungsscheiben häufig zum Einsatz. Durch schärfere Verzahnung kann eine höhere Sicherungsleistung erzeugt werden, wodurch aber die Oberflächenbeschädigung nicht mehr ausgeschlossen werden kann. Die Profilierung ist auch an Schrauben und Muttern direkt verfügbar, wodurch keine Zusatzelemente wie Scheiben nötig sind.
Eine weitere Variante ist das Keilsicherungsscheibenpaar, beispielsweise die Nord-Lock-Scheiben von Böllhoff: Sie bestehen auf der Innenseite aus Keilflächen und auf der Außenseite aus Radialrippen. Die paarweise verklebten Scheiben werden so eingesetzt, dass die innenliegenden Keilflächen aufeinander liegen. Wenn die Verbindung angezogen wird, prägen sich die Rippen formschlüssig in die Gegenauflage, Bewegung ist nur noch zwischen den Keilflächen möglich. Schon bei geringster Drehung in Löserichtung erfolgt aufgrund der Keilwirkung eine Erhöhung der Klemmkraft – die Schraube sichert sich somit selbst. Das Scheibenpaar ist auch mit zusätzlicher Federfunktion zum Ausgleich von Setzerscheinungen verfügbar.
Eine weitere Spezialvariante von Böllhoff ist die Saper Lock Sicherungsmutter, sie verfügt über eine eingefasst Edelstahl-Feder. Beim Verschrauben weitet sich diese, indem durch den Sechskantschlüssel ein Lösemechanismus betätigt wird, die Feder legt sich nahezu reibungsfrei in den Mutternkörper. Anders als bei konventionellen Klemmmuttern ermöglicht das eine leichte Montage. Wird der Schlüssel abgezogen, ist die Schraube gesichert. Die Feder ist elastisch, sodass sie sich beim ungewollten Losdrehen in den Gewindegrund legt, dabei umschlingt sie den Gewindebolzen fest. Selbstsichernde Muttern mit Klemmteil verhindern lediglich, dass die Verbindung auseinanderfällt. Das Saper Lock-System erhält aber auch die Vorspannkraft in der Verbindung - unabhängig von der Härte der zu verschraubenden Bauteile und von der aufgebrachten Vorspannkraft. Die Mutter verschleißt nicht und ist uneingeschränkt wiederverwendbar.
Als Alternative zu flüssigen Klebstoffen, die in verschiedenen Ausführungen als Schraubensicherung eingesetzt werden, kommen auch vorbeschichtete Gewinde zum Einsatz, die klebend und dichtend sein können. Die Vorbeschichtung hat den Vorteil, dass sie nicht manuell während der Montage, sondern vor der Auslieferung prozesssicher aufgebracht wird. Die mikroverkapselte Beschichtung aus Klebstoff und Härter mischt sich erst durch den Schraubvorgang, was die Aushärtung auslöst. Die vorbeschichteten Schrauben sind zudem länger lagerfähig als Flüssigklebstoff.

Verliersicherung
Die Sicherungselemente verhindern das vollständige Auseinanderfallen der Verbindung. Das Prinzip beruht meist auf einer Erhöhung der Reibung bzw. Klemmung im Gewinde oder Unterkopf. Weniger als 80% der Vorspannkraft bleibt erhalten.
Formschlüssige Elemente sind etwa Kronenmuttern, durch die ein Splint in eine Schraube gesteckt wird. Dadurch kann die Sicherung beliebig oft gelöst werden um etwa im Wartungsfall eingreifen zu können. Häufig werden sie bei genau definiert vorgespannten Wälzlagern eingesetzt.
Neben der Kontermutter – zwei Muttern gegeneinander gezogen – sind klemmende Elemente etwa die als Selbstsichernde Muttern bekannten Varianten mit Kunsstoffeinsatz, ebenso werden aber auch Schraubenschäfte partiell mit Kunststoff überzogen oder Kunststoffscheiben zwischen Schraubenkopf und Bauteil gelegt. Bei letzteren presst sich der Kunststoff in den Raum zwischen Bohrung und Schraubenschaft und wirkt zudem dämpfend. Durch die dauerhafte Verformung des klemmenden Kunststoffes entsteht bei diesen Varianten eine kraftschlüssige Haltewirkung. Die Bauteile sind jedoch nur einmalig verwendbar, nach dem ersten lösen und erneutem Festziehen ist die Haltewirkung des Kunststoffes bereits um ein vielfaches geringer.
Mehrfach eingesetzt werden können selbstsichernde Muttern aus Metall, deren Sicherungsende je nach Hersteller eine bestimmte Verformung ausweist, wodurch die Klemmwirkung eintritt. Da die Verformung beim Lösen der Mutter zurück in die Ausgangsform federt, ist diese Variante mehrfach verwendbar und auch beständig gegenüber hohen Temperaturen. Beachtet werden muss hier besonders die harmonierende Festigkeitsklasse von Mutter und Schraube, da eine sichernde 10.9-Ganzmetallmutter etwa eine 8.8-Schraube nicht nur klemmen sondern beschädigen würde.
Eine Spezialvariante ist die Kombination einer klassischen Mutter bzw. Gewinde mit einem Drahtgewindeeinsatz. Diese werden normalerweise etwa zur Erzeugung von stabilen Gewinden in weicheren Materialien eingesetzt. In einer speziellen Ausführung – bei Böllhoff Helicoil Screwlock genant – wird eine der Windungen etwas gequetscht, was eine Klemmung von Schraube oder Bolzen bewirkt. Beim Lösen der Verbindung federt die entsprechende Stelle zurück, was eine Wiederverwendung ermöglicht.

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