Schraubensicherung mit Klebern

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Veröffentlicht am Donnerstag, 22. Oktober 2009 21:18

Geschrieben von gerd_

Speziell kurze Schrauben sind unter dynamischer Belastung lösungsgefährdet.

 Schraubenverbindungen, deren Schraubenlänge unterhalb 4 x Durchmesser liegt, haben eine zu geringe Elastizität und deshalb führen wechselnde Belastungen bei solchen Schrauben häufig zum selbsttätigen Losen. Das Ergebnis, wie z.B. Verlust der Schraube oder sogar Dauerbruch, ist bekannt. Mit den von mehreren Schraubenhersteller angebotenen Sicherungsschrauben lassen sich solche Problemfälle in problemlose Verbindungen umwandeln.

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Sichere Schraubenverbindungen sind ein Qualitätsmerkmal der Produktkonstruktion. Schraubenverbindungen, die in vorgeschriebenen Wartungsintervallen überprüft oder nachgezogen werden müssen, sind meist schlechte Verbindungen oder Schwachstellen. Besser gesagt kosten unsichere Schraubverbindungen  Geld und Produktimage. Eine konstruktiv richtig ausgelegte Schraubverbindung, die zuverlässig montiert ist, sollte ohne jegliche Schraubensicherung auskommen. Denn die auftretenden Klemmkräfte der Schraube müssten zu jedem Zeitpunkt ihrer Lebensdauer Relativbewegungen verhindern.
Doch ist das nicht immer so, besonders Schraubenverbindungen, die rüttelnden oder vibrierenden Belastungen unterliegen (vor allem quer zur Achse), -neigen dazu, sich, selbsttätig zu lösen, und zwar um so eher, je kürzer die Schraube, und je niedriger ihre Vorspannkraft ist.
Die Ursache ist eine erzwungene Relativbewegung durch wiederholte elastische Verformungen der miteinander verschraubten Teile oder durch Querverschiebung. Die Grundlage dafür ist ein physikalisches Gesetz: Denn wird die Reibungskraft zwischen zwei Körpern in einer Richtung überwunden, so kann eine zusätzliche Bewegung in anderer Richtung durch Kräfte eingeleitet werden, die kleiner als die Reibungskräfte sind. Wenn man dies auf eine Schraubverbindung übertragen würde, hieße das: Werden durch erzwungene Relativbewegungen in der Schraubenverbindung die Reibungskräfte überwunden, gibt es keine Selbsthemmung mehr, mit der Folge eines selbständigen Losdrehens. Deshalb sollten Schraubenverbindungen immer gesichert werden.

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das Bild zeigt das Verhalten einer ungesicherten Schraube und einer Sicherungsschraube in einem dynamischen Versuch. Schon nach 180 Lastwechseln hat sich die ungesicherte Schraube selbsttätig gelöst, die Schraubenverbindung ist locker. Im Gegensatz dazu zeigt die Sicherungsschraube nach

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einem anfänglichen Setzen eine konstante Sicherungswirkung.
Neben diesen gibt es noch die zuverlässigen Ganzmetallsicherungsmuttern (DIN 980), Schrauben mit Verriegelungszähnen und oberflächenverfestigende Haftschrauben.

Sichern, aber wie?
Grundsätzlich können Schrauben unter dem Kopf oder im Gewinde gesichert werden, dabei gibt es aber eine Menge verschiedener Möglichkeiten. Da sind zuerst einmal die konstruktiven Möglichkeiten, wie z.B. Vergrößerung der Vorspannkraft, größere Schraubendurchmesser, größere Klemmlänge mit möglichst über 6 x Durchmesser, kleinerer Elastizitäts-Modul des Schraubenwerkstoffes sowie Einsatz von Passschrauben u.v.a. Als zweites gibt es die vielen verschiedenen

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Sicherungselemente und -verfahren. Dazu muss bereits vorab gesagt werden, dass die nachfolgend genannten Elemente bei hochfesten(!) Schrauben keine Sicherungswirkung zeigen. Im Zusammenhang mit vergüteten Schrauben muss sogar vor dem Einsatz von Federringen, Federscheiben, Zahnscheiben, Fächerscheiben, Sicherungsblechen und Kronenmuttern mit Splinten als Sicherungselementen gewarnt werden.
 
Verkleben hilft sichern
In der Praxis haben sich anaerobe Kunstharze oder mit Epoxidharzen verklebte Gewinde als Sicherungen gegen Losdrehen hervorragend bewährt. Das bieten beispielsweise die Verbus-Plus- bzw. Inbus-PlusSchrauben (Baur & Schaurte) mit dem Vorteil des beliebigen Austausches bisher verwendeter Normteile, ohne dass irgendwelche Änderungen in der vorhandenen Konstruktion durchzuführen sind. Und dies funktioniert in etwa so: Nach voller Aushärtung der Klebstoffe — meist etwa 24 Stunden — entsteht im Gewinde ein Quasiformschluß und eine wesentliche Erhöhung der Reibungskräfte bei einem gewaltsamen Zurückschrauben. Dadurch werden Relativ- und Kippbewegungen verhindert, so dass ein selbsttätiges Losdrehen nicht mehr eintreten kann.
Die Klebstoffe sind in Mikrokapseln (Bild1) eingeschlossen und werden bereits beim Schraubenhersteller auf das Gewinde aufgebracht. Die Kapseln brechen erst während des Einschraubvorganges auf und geben dann den Klebstoff frei. Dadurch erhöht sich der Reibwert im Gewinde aber nur unwesentlich, so dass die Schrauben mit normalem Anziehdrehmoment angezogen werden können. Sie erreichen dennoch die Vorspannkraft unbeschichteter Schrauben

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Einfacher kann man eine Schraubenverbindung in der Serienfertigung gegen das selbsttätige Losdrehen nicht mehr sichern. Dabei braucht der Anwender auch nicht mehr das Gegengewinde ölfrei zu machen, denn die Schrauben sind unempfindlich gegen Öl und Fett. Auch ist für den Einbau keine besondere Montagevorschrift oder -richtlinie notwendig. Einfach einsetzen wie normale unbeschichtete Schrauben. Weiterhin ist interessant, dass die Schrauben wiederverwendbar sind, denn auch bei zweimaligem Einschrauben ist eine ausreichende Sicherungswirkung gegeben. Sie sind beständig gegen Hydrauliköl, Benzin, Äthylen, Glycol, Salzwasser und außerdem unabhängig von der Werkstoffoberfläche sowie von der Härte der verspannten Teile. Ein Nebeneffekt: Der Klebstoff wirkt sogar als Dichtungsmasse.

Temperatur begrenzt Anwendungsbereich
Wichtig für den Einbau ist, dass die Schrauben eine Klebesicherung auf Kunststoffbasis haben, deren Anwendung durch die Betriebstemperatur begrenzt ist. Bis max. + 90 'C können sie als Sicherung eingesetzt werden. Für höhere Temperaturen sind sie nicht geeignet. Ferner ist noch zu beachten, dass die Teile im unverbauten Zustand gegen Nässe zu schützen sind und bei möglichst gleichbleibender Temperatur gelagert werden müssen. Eine mit diesen Sicherungen hergestellte Verbindung ist nach 24 Stunden bei + 20 'C oder nach 15 Minuten bei +70 'C voll funktionsfähig.



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