Die 10 besten Tipps für sichere Schraubenverbindungen

Zur Herstellung der sichersten und zuverlässigsten Schraubenverbindungen müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Um Ihnen zu helfen, die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen – und anlässlich unserer zehnten Ausgabe des Bolted-Magazins – haben wir das umfassende Know-how aus den letzten zehn Ausgaben in Form von zehn Tipps für sichere Schraubenverbindungen zusammengefasst. Bitte beachten Sie, dass es sich hier um allgemeine Ratschläge handelt, die nicht notwendigerweise auf alle erdenklichen Verschraubungssituationen anwendbar sind.

1: Größe und Güte – „Wählen Sie die richtige ­Kombination aus Schraubengröße und -güte“

Bei Schraubenverbindungen ist größer nicht unbedingt besser. In gleicher Weise ist eine Schraube mit höherer Güte nicht automatisch besser als eine Schraube mit geringerer Güte. Wichtig ist die Kombination dieser zwei Faktoren.

„Würde jeder die richtige Schraubengröße und den richtigen Werkstoff wählen, bräuchten wir keine zusätz­lichen Lösungen zur Sicherung von Schraubenverbindungen“, erklärt Bill Eccles, Gründer von boltscience.com.

Eccles erläutert, dass die Schraubengröße und die Festigkeitsklasse die Last in der Schraube positiv oder negativ beeinflussen können. Wenn Sie die richtige Kombination gefunden und die Verbindung ordnungsgemäß angezogen haben, ist diese Last der entscheidende Faktor, damit Ihre Schraubenverbindung sicher bleibt. „Sie könnten eine größere Schraube mit einer niedrigeren Festigkeitsklasse oder eine kleinere Schraube mit höherer Festigkeitsklasse verwenden“, führt Bill Eccles aus. „Beide wären geeignet.“ Wenn Sie es mit solchen kritischen Konstruktionsoptionen zu tun haben, können Ihnen die Ingenieure von Nord-Lock eine wertvolle Hilfe sein.

2: Lockerung – „Erzeugen Sie Elastizität in der Schraubenverbindung, um die ­Lockerung auszugleichen“

Lockerung ist einer der Hauptgründe, warum sich Schrauben lösen. Drei wesentliche Ursachen spielen eine Rolle: Setzerscheinungen von rauen oder unregelmäßigen Oberflächen; Relaxation, wenn sich Materialien wie z. B. Polymere oder Verbundwerkstoffe verdichten; Kriechen, was die Neigung von Werkstoffen bezeichnet, sich unter Spannung und bei erhöhten Temperaturen zu bewegen oder plastisch zu verformen. Alle drei Ursachen bewirken einen Verlust der Vorspannung und können zum Versagen der Schraubenverbindung führen.

Die Lockerung stellt heute ein zunehmendes Problem dar, weil Schraubenverbindungen immer höheren Temperaturen und Lasten ausgesetzt sind, während die Bauteile vermehrt aus Verbundwerkstoffen, Kunststoffen und Aluminium gefertigt werden.

Die Lösung, erklärt Robin Senn, Vertriebsingenieur bei Nord-Lock in der Schweiz, lässt sich in zwei Bereiche aufteilen: „Um die Lockerung auszugleichen, benötigen Sie glatte und harte Oberflächen und Sie müssen der Schraubenverbindung Elastizität verleihen, wie zum Beispiel durch die Verwendung der Nord-Lock X-series Keilsicherungsscheiben oder der Superbolt Spannelemente mit Vielfachschrauben.“

Superbolt MJT sowie die multifunktionale Keilsicherungstechnologie von Nord-Lock erhöhen die Elastizität der Verbindung, um eine Lockerung zu minimieren.

3: Schmierung – „Wählen Sie die richtige Schmierung für Ihre Anwendung“

Wie wichtig die Schmierung im Zusammenhang mit Schraubenverbindungen ist, kann gar nicht oft genug hervorgehoben werden. Sie minimiert die Reibungsstreuung und reduziert das Drehmoment/Last-Verhältnis. Schmierung vereinfacht außerdem die Montage und Demontage und verlängert die Lebensdauer der Schraube.

Hidenori Araki, Applikationstechniker im Außendienst bei Nord-Lock Inc. in den USA, empfiehlt, den Bereich unter dem Schraubenkopf oder der Mutter sowie den tragenden Teil des Schraubengewindes zu schmieren.

Wenn es um die Schmierung geht, so sagt er, sei das Wichtigste, eine geeignete Schmierung für die jeweilige Anwendung zu wählen. „Bei den Parametern, die dabei berücksichtigt werden müssen, handelt es sich unter anderem um die chemische Zusammensetzung, die Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt, die Betriebstemperaturbereiche und den Reibungskoeffizienten. Richten Sie sich nach den Empfehlungen des Schmiermittelherstellers.“

4: Entwurf/Instandhaltung – „Konzentrieren Sie sich auf die Lebenszykluskosten“

In der Entwurfsphase eines Projekts stehen Unternehmen oft vor dem Dilemma, ob sie die Kosten zum aktuellen Zeitpunkt niedrig halten, indem sie wirtschaftlichere Lösungen verwenden, oder ob sie den Schwerpunkt auf langfristige Einsparungen legen, indem sie sich für qualitativ höherwertige Lösungen entscheiden.

Martin Lindbäck, Leiter des R&D Project Management Office bei Siemens Industrial Turbomachinery, empfiehlt: „Konzentrieren Sie sich nicht nur auf die Anschaffungskosten. Durch die richtige Investition zu einem frühen Zeitpunkt profitieren Sie später von erheblichen Kosteneinsparungen. Außerdem sorgt diese Vorgehensweise für zufriedenere Kunden.“

Bei der Suche nach einem Schraubensicherungssystem für seine mehrere Millionen Euro teuren Gasturbinen hat sich Siemens für genau diesen langfristig orientierten Ansatz entschieden und in Keilsicherungsscheiben und Superbolt MJT’s von Nord-Lock investiert. Dadurch wurde nicht nur die Montage günstiger, sondern auch die Instandhaltungskosten über die gesamte Lebensdauer der Turbine konnten deutlich gesenkt werden.

5: Beschichtungen – „Ziehen Sie zur Optimierung Ihrer Schraubenverbindung eine Beschichtung in Betracht“

Auch wenn Beschichtungen nur wenige Mikrometer dick sind, können sie die Leistung einer Schraubenverbindung in vielerlei Hinsicht verbessern: Sie schützen vor Korrosion, reduzieren die Reibung und verbessern die Ästhetik. Die kostengünstigste und einfachste Korrosionsschutzbeschichtung ist die reine Galvanisierung. Wenn eine solche Beschichtung nicht ausreicht, können stattdessen Zinklegierungen verwendet werden. Und reicht selbst dies als Schutz noch nicht aus, empfiehlt sich eine Zinklamellenbeschichtung.

Welche Beschichtung ist nun für Ihre Applikation die richtige? Csaba Madru, Global Field Engineer Oil & Gas bei Nord-Lock, betont, dass einige Beschichtungseigenschaften wichtiger als andere sind. „Wählen Sie Ihre Beschichtung in erster Linie auf Basis des Korrosionsschutzes, den sie bietet; an zweiter Stelle stehen die Reibungseigenschaften, da sich diese immer auch mit einem Schmiermittel erzielen lassen; und an letzter Stelle schließlich kommen ästhetische Gesichtspunkte ins Spiel.“

6: Originalprodukte – „Entscheiden Sie sich von Anfang an für das Original – sonst kann es teuer werden“

Vom Turnschuh bis zum Smartphone wird der Markt heute mit billigen Kopien überschwemmt. Schraubenprodukte sind da keine Ausnahme.

Der Vorteil von Originalprodukten, wie zum Beispiel den Nord-Lock Keilsicherungsscheiben, ist der, dass Sie ein Produkt erhalten, das schon seit langer Zeit auf dem Markt ist und seine Leistung und Qualität unzählige Male unter Beweis gestellt hat.

Nord-Lock Originalprodukte erkennen Sie an einer Lasermarkierung. Und wenn Sie nicht sicher sind, dass Sie auch tatsächlich ein Original erworben haben, wenden Sie sich an Ihre Nord-Lock Vertriebsniederlassung vor Ort, die Ihnen gerne weiterhilft.

„Wie bei vielen Dingen im Leben bekommen Sie auch bei Verschraubungslösungen das, wofür Sie gezahlt haben“, sagt Frida Cullin, Managerin der Nord-Lock Technikzentren. „Auch wenn die Anschaffungskosten für ein Originalprodukt höher sind, sparen Sie durch dessen Zuverlässigkeit und die geringeren Wartungs-/Reparaturkosten auf lange Sicht viel Geld.“

7: Qualität – „Arbeiten Sie mit Partnern, an deren Fachkompetenz kein Zweifel besteht“

Heute sind Tausende von Befestigungslösungen auf dem Markt erhältlich. Aber selbst solche, die häufig für bestimmte Anwendungen eingesetzt werden, sind möglicherweise für einen spezifischen Temperatur- oder Druckbereich nicht geeignet. Daher ist die Wahl des Partners entscheidend, der Ihnen dabei hilft, eine hohe Materialzuverlässigkeit zu erzielen und sich für das richtige Befestigungselement zu entscheiden.

Peter Fjordman von Bolt Securing führt aus: „Die Kosten, die durch einen Rückruf oder die Schädigung eines Markennamens entstehen, können beträchtlich sein. Wenn ich von einem Unfall höre, der beispielsweise durch ein undichtes Belüftungssystem entstanden ist, frage ich mich, ob er vielleicht durch ein falsches Befestigungssystem verursacht wurde.“

„Wenn ich eine hohe Qualität erzielen will, muss ich mich auf Partner verlassen können, an deren Fachkompetenz kein Zweifel besteht und denen Qualität wichtiger ist als schnelles Geld“, fährt Fjordman fort.

Nord-Lock bietet seinen Kunden höchste Zuverlässigkeit und besitzt eine Reihe von Qualitätszertifikaten und Akkreditierungen für anspruchsvolle Anwendungsbereiche, wie z. B. den Offshore-, Energie- und Transportsektor.

8: Korrosion – „Denken Sie schon beim ersten Entwurf Ihrer Schraubenverbindung an die Korrosion“

Es heißt, dass in dieser Welt nur zwei Dinge sicher sind: der Tod und die Steuer. Es kommt aber noch ein drittes hinzu: Korrosion. Jedes Metallprodukt, das Eisen oder Stahl enthält, beginnt irgendwann zu rosten und löst sich im Laufe der Zeit auf, wenn es mit Sauerstoff und Wasser in Kontakt kommt.

„Zu irgendeinem Zeitpunkt tritt unweigerlich Korrosion auf“, sagt Christian Rabe von Dörken MKS-Systeme, ein Unternehmen, das Mikroschicht-Korrosionsschutzsysteme entwickelt. „Es gibt aber Möglichkeiten, ihr Fortschreiten zu verzögern.“

Ein Verfahren ist der kathodische Schutz, wobei ein weniger edles Material, wie zum Beispiel Zink, als so genannte Opferkathode dient; ein anderes Verfahren ist der nicht-kathodische Schutz.

Rabe betont, dass es keine einfachen Antworten gibt, wenn es um Korrosion geht. „Die einzige Lösung wäre, dass Sie Ihre gefährdeten Bauteile nur in einem sehr trockenen Wüstenklima verwenden“, witzelt er.

Nord-Lock bietet ein breites Spektrum an Schutzbeschichtungen und Oberflächenbehandlungen sowie rostfreie Stähle und Nickelbasislegierungen in verschiedenen Güteklassen.

9: Wiederverwendung – „Wiederverwenden? Ja, aber nur mit ­Schmierung“

Wiederverwenden oder nicht, das ist oft die Frage. Die erneute Verwendung von Befestigungselementen – insbesondere auf der Baustelle – ist bequemer als das Mitführen eines Ersatzteillagers mit verschiedenen Größen und Güteklassen. Und billiger.

Aber es ist schwer zu erkennen, ob benutzte Befestigungselemente beschädigt sind und daher versagen können. Um zu entscheiden, ob eine Schraube wiederverwendet werden kann, empfiehlt Lena Kalmykova, Applikationstechnikerin bei Nord-Lock, eine Sichtprüfung durchzuführen. „Wenn Anzeichen für Korrosion sichtbar sind, vermeiden Sie eine erneute Verwendung, sofern dies möglich ist. Das gleiche gilt für ein beschädigtes Gewinde.“

„Aber manchmal haben Sie gar keine andere Möglichkeit, als eine beschädigte Schraube erneut zu verwenden, und sei es nur als Notlösung. Wenn das der Fall ist, verwenden Sie ein Schmiermittel“, rät Kalmykova. „Es bietet einen gewissen Schutz vor Korrosion. Und wenn das Gewinde beschädigt ist, trägt eine Schmierung dazu bei, die benötigte Klemmkraft zu erzielen, bis Sie eine neue Schraube installieren können.“

10: Vorspannkraft und Anziehen – „Wählen Sie das ­richtige Werkzeug und die ­richtige Reihenfolge“

Das Niveau der Vorspannkraft bestimmt die Kapazität einer Schraubverbindung. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, den in einer Verbindung erforderlichen Vorspannwert zu ermitteln und ihn dann durch ein geeignetes Anzugsverfahren und die entsprechende Anzugsreihenfolge zu erzielen.

Die Vorspannkraft muss einerseits ausreichend hoch sein, um eine Bewegung zwischen den geklemmten Teilen oder deren Trennung zu verhindern; andererseits darf die Vorspannkraft aber auch die Dehngrenze des Materials nicht überschreiten, um zu vermeiden, dass sich die Kontaktflächen ineinander eingraben und das Muttergewinde abgestreift wird.

Zouhair Chaib, Senior Technical Expert bei Nord-Lock in Frankreich, betont, wie wichtig es ist, auch zwischen der statischen und dynamischen Kapazität einer Schraube zu unterscheiden; eine Schraube kann eine hohe statische Last, aber nur eine geringe dynamische Last aufnehmen. Aus diesem Grund muss unbedingt eine hohe Vorspannung vorhanden sein, um den Einfluss dynamischer Arbeitslasten, die eine Schraubenverbindung ausgesetzt ist, zu reduzieren.

„Beim Anziehen einer Schraubenverbindung ist es wichtig, ein Werkzeug und eine Anzugsreihenfolge zu wählen, die es Ihnen ermöglichen, die vom Konstruktionsingenieur vorgegebene Vorspannung zu erzielen“, erklärt Chaib.

Nord-Lock Ingenieure sind Experten auf dem Gebiet von Komplettlösungen für Schraubenverbindungen inklusiv dem Entwurf, der Produktauswahl und der Unterstützung vor Ort.

Bitte beachten Sie, dass es sich hier um allgemeine Ratschläge handelt, die nicht notwendigerweise auf alle erdenklichen Verschraubungssituationen anwendbar sind.