Schraubensicherung

Die richtige Schraubensicherung wählen

| Redakteur: Bernhard Richter

Die richtige Schraubensicherung sollte auch bei extremen Vibrationen oder dynamischen Bewegungen eine Schraubverbindung halten.
Die richtige Schraubensicherung sollte auch bei extremen Vibrationen oder dynamischen Bewegungen eine Schraubverbindung halten. (Bild: Böllhoff)

Das Sichern von lösbaren Schraubverbindungen gewinnt immer mehr an Bedeutung. DIN-Normen gibt es kaum – doch welche Schraubensicherung ist nun die Richtige?

Rückrufaktionen, Chemieunfälle, Bahnkatastrophen, sogar Flugzeugabstürze – die Liste der verheerenden Folgen von gelösten Schraubenverbindungen ist lang. Und das, obwohl die Schraube als Verbindungselement allseits bekannt ist und die Technik als gut beherrschbar gilt.

Doch warum lösen sich eigentlich Schraubverbindungen selbstständig?

Eine lose Stellmutter in der Türverriegelung war 2010 die Ursache für einen ungewöhnlichen Bahnunfall – gerade bei solchen Anwendungen sollten jedoch keine Fehler passieren.
Eine lose Stellmutter in der Türverriegelung war 2010 die Ursache für einen ungewöhnlichen Bahnunfall – gerade bei solchen Anwendungen sollten jedoch keine Fehler passieren. (Bild: Bombardier)

Für eine richtig ausgelegte Schraubverbindung sind Kenntnisse zu den Montageverfahren, den Sicherungsmethoden, der Schraubeneigenschaften und der Berechnung nötig. Normalerweise genügt der Reibungswiderstand in Verbindung mit den Klemmkräften zwischen Mutter, Schraube und den verspannten Teilen, um eine Schraubverbindung ausreichend gegen selbsttätiges Losdrehen zu sichern. Mit entsprechender Klemmlänge (Richtwert >5d) benötigen richtig montierte Schrauben in der Regel auch bei dynamischer Belastung keinerlei Sicherung. Das bedeutet, dass die Vorspannkraft in der Verbindung dauerhaft ausreichend groß ist, um eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen zu verhindern.

Verantwortlich für ein selbsttätiges Losdrehen ist das innere Losdrehmoment der Verbindung; es entsteht durch Überwindung des Reibschlusses zwischen Kopfauflage und Bauteil sowie zwischen Bolzen und Muttergewinde. Wird die Trennfuge zwischen den einzelnen Komponenten kraftfrei, kommt es zu einer Verschiebung der Bauteile und somit zum Lösen der Verbindung.

Schraubensicherungen sollen das Lösen verhindern

Das Deutsche Institut für Normung hat für bisher gängige Methoden der Schraubensicherung die entsprechenden Normen wie DIN 127, 128, 6905, 137, 6904, zurückgezogen.
Das Deutsche Institut für Normung hat für bisher gängige Methoden der Schraubensicherung die entsprechenden Normen wie DIN 127, 128, 6905, 137, 6904, zurückgezogen. (Bild: Böllhoff)

Um solche Fälle zu vermeiden, werden Schraubensicherungen eingesetzt. Allerdings helfen dem Konstrukteur hier etliche eigentlich etablierte DIN-Normen nicht mehr weiter, denn das Deutsche Institut für Normung hat für bisher gängige Methoden der Schraubensicherung die entsprechenden Normen, z.B. die DIN 127 für Federringe, ersatzlos zurückgezogen. Der Grund: Fachleute warnen schon seit längerem vor dem Einsatz von Federringen, weil sie Schrauben höherer Festigkeit mit ihrer hohen Zugfestigkeit nicht bei hoher Vorspannung sichern können, da sie schon bei deutlich geringerer Kraft komplett platt gedrückt werden.

Losdrehsicherungen verhindern Lösen einer Schraubverbindung

Sogenannte Losdrehsicherungen verhindern das Lösen einer Schraubverbindung. Diese Sicherungselemente verhindern Relativbewegung zwischen den Verbindungselementen – dabei sollen mindestens 80 % der Vorspannkraft erhalten bleiben. Böllhoff hat mit der Ripp-Lock-Sicherungsscheibe ein Element entwickelt, das beidseitig über Radialrippen verfügt. Bei der Montage prägen sich die Rippen formschlüssig in der Gegenauflage und in die Unterseite des Schraubenkopfes oder der Mutter ein. Dadurch werden Relativbewegungen in den Trennfugen verhindert.

Losdrehsicherungen können das Lösen einer Schraubverbindung verhindern. Diese Sicherungselemente verhindern Relativbewegungen zwischen den Verbindungselementen.
Losdrehsicherungen können das Lösen einer Schraubverbindung verhindern. Diese Sicherungselemente verhindern Relativbewegungen zwischen den Verbindungselementen. (Bild: Böllhoff)

Empfindliche Auflageflächen werden geschont

Auch bei extremen Vibrationen oder dynamischen Belastungen soll die Ripp-Lock-Scheibe für eine zuverlässige Schraubensicherung sorgen. Mit ihrer hohen Härte (350 HV bis 500 HV) lassen sich auch Schrauben bis zur Festigkeitsklasse 12.9 sichern. Es kommt auch nicht zu einer Korrosionsgefahr durch „verletzte“ Auflagenflächen. Der Konstrukteur kann Anziehmomente, die er entsprechend der VDI-Richtlinie 2230 ermittelt hat, auf fast alle anderen Anwendungen übertragen, weil die Sicherungsscheiben auch bei unterschiedlichen Materialien immer definierte Reibwerte und Klemmkräfte bewirken. Aufgrund der im Vergleich zu Unterlegscheiben kaum größeren Dicke (Nennmaße: 2,0 mm bis 4,0 mm) kann die Scheibe nachträglich in fast jede Konstruktion integriert werden. Im Vergleich zu klebenden Sicherungsmethoden lässt sie sich zudem laut Hersteller auch bei mehrfacher Demontage und hohen Temperaturen verwenden.

Weitere Möglichkeiten zur Schraubensicherung

  • Eine Alternative, um das selbsttätige Lösen einer Schraubverbindung zu verhindern, ist die Setzsicherung. Dabei kompensieren die Sicherungselemente die Kriech- und Setzbeträge sowie die Elastizität der Bauteile. Diese verhalten sich meistens ähnlich einer Druckfeder.
  • Bei der Verliersicherung verhindern die Sicherungselemente ein vollständiges Auseinanderfallen der Verbindung – durch Klemmen im Gewinde wie der Helicoil Screwlock von Böllhoff oder durch Erhöhung der Reibung. Bei dieser Art der Schraubensicherung kann die Vorspannkraft allerdings deutlich abfallen.

Sicherung undefiniert vorgespannter Schraubenverbindungen

Eine Sicherungsmutter mit einem zusätzlichen schraubenklemmenden Bereich dient als Schraubensicherung.
Eine Sicherungsmutter mit einem zusätzlichen schraubenklemmenden Bereich dient als Schraubensicherung. (Bild: Böllhoff)

Ist ein definiertes Verspannen der Bauteile nicht möglich, sind viele als Losdrehsicherung deklarierte Elemente nicht zu empfehlen, da Ihre Wirksamkeit abhängt von einem hohen Vorspannkraftniveau. Das kann der Fall sein, wenn entsprechende Montagewerkzeuge fehlen oder weiche Bauteile gefügt werden sollen. Für solche Anwendungen steht als wirksames Sicherungselement die Saper-Lock-Mutter zur Verfügung. Diese Lösung besteht aus einer Edelstahl-Feder, die in einem Mutternkörper eingefasst ist. Beim Aufschrauben der Mutter wird die Feder aufgeweitet. Aufgrund der 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. Schlingfederbremsen arbeiten nach demselben Prinzip. Der seitlich angebrachte Revisionshaken der Feder ermöglicht eine einfache Entriegelung zur Demontage der Mutter. Die Mutter lässt sich anschließend ohne großen Reibungswiderstand abschrauben.

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