Es klingt einleuchtend: „Ziel einer Schraubverbindung ist das Verbinden von Komponenten und zwar so, dass sich diese Baugruppe verhält wie ein Teil,“ erklärt Böllhoff-Produktmanager Franz-Philipp Neumann das Prinzip. Das heißt: Ist eine Schraubverbindung richtig ausgelegt, so ist der Reibwiderstand im Gewinde und unter dem Schraubenkopf ausreichend groß, um ein selbsttätiges Lösen auch unter Schwingungsbelastung zu verhindern. Mit entsprechender Klemmlänge (Richtwert 5 d) benötigen Schrauben in der Regel dann auch bei dynamischer Belastung keine zusätzliche Sicherung. Die Verbindung ist in diesem Falle selbsthemmend. In der Praxis sieht es aber oft anders aus: Nicht immer ist es möglich, durch konstruktive Maßnahmen genügend Sicherheit in die Schraubverbindung einzuplanen. Franz-Philipp Neumann kennt die Probleme, die bei den Kunden typischerweise auftreten: Vibration, Materialschwund der zu verbindenden Teile, falsch berechnete Klemmlängen, Konstruktionsfehler bedingt durch immer dünnere (Leicht-)Bauteile oder schlicht die Wahl der falschen Sicherungselemente – die Liste der Ursachen für ein selbsttätiges Lösen von Schraubverbindungen ist lang. „Versagt eine Schraubverbindung, kann es zu Undichtigkeiten, Dauerbrüchen und dem Verlust von Bauteilen kommen.“ Die Folgen können verheerend sein, zumindest aber kostspielige Rückrufaktionen verursachen und verärgerte Kunden hinterlassen.
Verantwortlich für das Losdrehen der Schraube ist das innere Losdrehmoment der Verbindung – es entsteht durch Überwindung des Reibschlusses zwischen Kopfauflage und Bauteil sowie zwischen Bolzen und Mutterngewinde. Besonders gefährdet sind Durchsteckverbindungen (Schraube und Mutter), da sich hier ein Verbindungselement mehr lösen kann. Um zu verhindern, dass sich die Schraubverbindung löst oder auseinanderfällt, wird deshalb zu unterschiedlichen Sicherungsmaßnahmen gegriffen. Das Angebot ist groß. Doch welche Schraubensicherung ist die Richtige? „Wir beraten unsere Kunden individuell und analysieren jeden Schraubfall vor Ort und im Labor“, fährt Neumann fort, der als Schraubfachingenieur (DSV) auch die Schraubensicherungsforen des VDI leitet. Vier Sicherungselemente, die eine entsprechende Wirksamkeit sicherstellen und in allen Industriesektoren zu finden sind, stellen wir im Folgenden vor.
1. Ripp Lock: Radialrippen sorgen für Formschluss
Die Ripp-Lock-Sicherungsscheiben von Böllhoff sind beidseitig mit Radialrippen versehen, die Ripp-Lock-Sicherungsschrauben und -muttern jeweils an der Unter- bzw. Oberseite. Bei der Montage des Verbindungselements prägen sich die Radialrippen der Sicherungsscheiben durch die aufgebrachte Vorspannkraft in die jeweilige Gegenlage ein. Der dadurch entstehende Formschluss verhindert ein selbsttätiges Lösen der Verbindung, selbst unter extremen Vibrationen oder starken dynamischen Belastungen. Ripp-Lock-Schraubensicherungen können nachträglich in fast jede bestehende Baugruppe integriert werden und sind in verschiedenen Varianten erhältlich: Die Sicherungsscheiben mit Standarddurchmesser können als Universalprodukt nahezu überall eingesetzt werden. Der Außendurchmesser entspricht DIN 125/ISO 7089. Die Scheiben sind in den Werkstoffen Stahl (Härte: 400 – 500 HV) mit Zinklamellenbeschichtung und Edelstahl A4 (Härte: ≥ 800 HV) verfügbar. Aufgrund der hohen Härte der Scheiben ist der Einsatz bei Schrauben aller Festigkeitsklassen bis 12.9 möglich. Die Ripp-Lock-Sicherungsscheiben mit reduziertem Außendurchmesser eignen sich für Schraubfälle mit eingesenktem Zylinderkopf. Bei der Sicherungsschraube sind die Verriegelungsrippen in die gesamte Auflagefläche der Schraube integriert. Während des Anziehvorgangs wird der Gegenwerkstoff im Bereich der Schraubenauflage durch die Sicherungsrippen ‚rolliert‘. Die Folge: eine kleine, oberflächenverfestigende plastische Verformung. Nach Beenden des Anziehvorgangs ist kein nennenswertes Fließen feststellbar. Bei der Sicherungsmutter sind die Verriegelungsrippen in die gesamte Auflagefläche der Mutter integriert. Auch hier kommt es während des Anziehvorgangs zu kleinen plastischen Verformungen im Gegenwerkstoff.
2. Nord-Lock: Keilverzahnung erhöht Vorspannkraft
Die Keilsicherungsscheiben des schwedischen Anbieters Nord-Lock werden in Deutschland vornehmlich von Böllhoff vertrieben. Sie sichern unter Vibration Schraubenverbindungen durch Erhöhung der Vorspannkraft statt durch Reibung und sind somit laut Anbieter konventionellen Schraubensicherungen überlegen. Das System besteht aus zwei identischen Keilscheiben. Auf einer Seite befindet sich eine Radialverzahnung, die sich formschlüssig in die Gegenauflage einprägt, auf der anderen eine Keilverzahnung, durch die die Erhöhung der Vorspannkraft unter Vibration auftritt. Der Einsatz der Nord-Lock-Scheibenpaare ist überall dort von Vorteil, wo es zum selbsttätigen Lösen der Schraubenverbindung kommen kann. Selbst unter starken Vibrationen und dynamischer Belastung garantiert Nord-Lock maximale Losdrehsicherheit. Die Keilsicherungsscheiben sind verwendbar mit Schrauben und Muttern aller Festigkeitsklassen (bis zu 12.9). Sie sind einfach zu lösen und wiederverwendbar ohne Leistungsverlust.
3. Saper Lock: Das Prinzip mit dem Gewindeschloss
Die Saper Lock Mutter kombiniert die Funktion Verliersicherung mit der Wirkung als Losdrehsicherung – das heißt, es wird gleichzeitig für den Erhalt der Vorspannkraft und damit den Erhalt der Klemmkraft in der Verbindung gesorgt. Die Sicherungsmutter besteht aus einer Edelstahl-Feder, die in den Mutternkörper eingefasst ist. Beim Aufschrauben der Mutter wird die Feder aufgeweitet und legt sich nahezu reibungsfrei in den Mutternkörper. Dies ermöglicht – im Gegensatz zu konventionellen Klemmmuttern – eine besonders leichte Montage, da kein zusätzliches Reibmoment durch die Feder entsteht. Da beim Aufschrauben somit auch keine signifikante zusätzliche Reibung und damit keine Erhöhung des Verschleißes entsteht, ist eine Wiederverwendbarkeit uneingeschränkt gegeben. Aufgrund der eingebrachten Elastizität der Feder legt sich diese beim Losdrehen in den Gewindegrund und umschlingt den Gewindebolzen so fest, dass sich die Mutter nicht mehr losdrehen lässt. Und das unabhängig von der aufgebrachten Vorspannkraft und unabhängig von der Härte der zu verschraubenden Bauteile. Der seitlich angebrachte Revisionshaken der Feder ermöglicht eine einfache Demontage der Mutter. Dieser wird durch einen Steckschlüsselaufsatz betätigt, wodurch der Sicherungsmechanismus der Saper Lock Mutter gehalten und blockiert wird. Die Mutter lässt sich anschließend ohne erhöhten Reibungswiderstand abschrauben. Das ‚Gewindeschloss-Prinzip‘ ermöglicht so das effektive Sichern der Schraubverbindung, die Anwendung als Verliersicherung und auch als Stell- und Justierelement. Die Saper Lock ist laut Anbieter Böllhoff die erste Wahl für Anwendungen, bei denen Vibrationen und dynamische Querbelastungen zum Losdrehen und Versagen von normalen Muttern führen und höchste Anforderungen an die Sicherheit bestehen. Exemplarisch hierfür sind beispielsweise Anwendungen mit erschwerten Montageparametern, bei denen konventionelle Sicherungselemente nicht wirken, Anwendungen an schwer zugänglichen Stellen, an denen Revisionsarbeiten nur mit hohem Aufwand möglich sind und Anwendungen, bei denen hochfeste Bauteile zum Einsatz kommen.
4. Helicoil: Sicher auch bei hohen Temperaturen
Die Helicoil Sicherungsmutter besteht aus einer Mutter (Grundkörper) und dem Drahtgewindeeinsatz Helicoil Screwlock. Die Schraubenklemmung wird durch eine polygon geformte Windung des Screwlock erzielt. Diese Windungen wirken klemmend auf die Flanken der einzudrehenden Schraube bzw. des Bolzens. Es entsteht ein hoher, elastisch federnder Reibschluss und somit eine Schraubklemmung gegen selbsttätiges Losdrehen. Je nach Anwendungsfall sind erhöhte Klemmmomente durch mehrere polygon geformte Windungen möglich. Die erzielten Klemm-Drehmomente sind vergleichbar mit den Angaben in der Normenliste DIN 267 Teil 15, ISO 2320 oder an die Kundenanwendung anpassbar. Neben der gleichmäßigen Last- und Spannungsverteilung und dem gleichmäßigen Klemmmoment bei Wiederholverschraubungen gehört auch eine hohe Temperaturbeständigkeit zu den Vorteilen der Helicoil-Sicherungsmutter. Daher wird das System häufig im Automobilbereich verwendet.
Schraubensicherungen gewinnen an Bedeutung
„Das Sichern von Schraubverbindungen gewinnt in Zukunft in Folge gestiegener Produkthaftungs- und Sicherheitsansprüche an Bedeutung“, betont Schraubexperte Franz-Philipp Neumann. Gewindesicherungsmethoden, die kein zusätzliches Sicherungselement benötigen (etwa Schrauben und Muttern mit Sperrverzahnung, Direktverschraubungen und mit Einschränkungen die Sicherungsmuttern entsprechend DIN EN ISO 2320), bieten in Summe die hohe Prozesssicherheit und werden den Markt der mechanischen Sicherungselemente dominieren. Spezielle Sicherungselemente, die zusätzlich zu ihrer Sicherungsfunktion noch weitere positive Eigenschaften für die Verbindung besitzen (wie Nord-Lock-Scheiben oder Helicoil Screwlock), gewährleisten in der Regel eine höhere Sicherheit bei außergewöhnlichen Belastungen. Schraubensicherungen, die mit Formschluss funktionieren (Kronenmuttern mit Splint u.a.) oder deren Normen bereits zurückgezogen wurden (Federringe, Zahnscheiben usw.) sollten möglichst vermieden werden. Entscheidend ist: Eine universelle Sicherungsmethode für sämtliche Schraubenverbindungen ist bisher nicht in Sicht. Deshalb sollte bei jeder Anwendung individuell geprüft werden, welche Form der Sicherung sinnvoll ist.
Weitere Informationen zu den Schraubensicherungen von Böllhoff:
Info
Video-Tipps
- Ripp-Lock-Scheibe und -Mutter im Junkers-Vibrationstest: hier.pro/j1fWf
- Nord-Lock-Scheiben im Junkers-Vibrationstest:
hier.pro/MaCy0 - Nord-Lock: Montage und Demontage
hier.pro/Y2Tda - Saper Lock: Sicher dank Gewindeschloss-Prinzip
hier.pro/fQk3Z
Quelle: Böllhoff
Der Junker-Vibrationstest nach DIN 65151 ist ein bewährtes Verfahren, um die Sicherungswirkung von dynamisch belasteten Schraubverbindungen unter Vibrationen zu testen und vergleichen zu können.Bild: Böllhoff
„Das Sichern von Schraubverbindungen gewinnt an Bedeutung.“
