Lockern und Lösen von Schraubverbindungen

Das Lockern oder Lösen einer Schraubverbindung kann durch Setzvorgänge (bleibende Längenänderung) eingeleitet werden. Dabei gleichen sich die Oberflächen in den Gewindegängen, da diese Flächen nie zu 100% eben sind, aneinander an und verformen sich somit plastisch. Dies führt zu einer Reduzierung der elastischen Verformungen in der Schraubverbindung und somit auch zu einer Reduzierung der bei der Montage eingeleiteten Vorspannkraft. Aus diesem Grund ist auch darauf zu achten, dass die Festigkeit aller an der Verbindung beteiligten Komponenten annähernd gleich ist.

Dies führt schließlich unter Last auch zu einer Verminderung der Restklemmkraft und somit im schlechtesten Fall zum Lösen der Schraubverbindung.

Aus der Reduzierung der Vorspannkraft resultiert somit ein Spiel in der Verbindung. Schon das Lockern der Verbindung kann zu einer erhöhten Dauerbruchgefahr führen. Durch den entstandenen Bewegungsraum wird die Schraube bei jeder Belastung verformt und eventuell gebogen. Die ständigen Verformungen führen zu Materialermüdung bzw. Überlastung, ein Dauerbruch entsteht.

Bei dynamisch querbelasteten Schraubenverbindungen besteht die Möglichkeit eines vollständig selbsttätigen Losdrehens, wenn die Klemmkraft den Reibschluss in der Verbindung nicht mehr aufrecht erhalten kann. Die auftretenden Querverschiebungen führen zu einer Pendelbewegung der Schraube und somit zu einer Relativbewegung im Muttergewinde. Bei ausreichend großer Amplitude (maximale Auslenkung aus der Ruheposition) kommt es zum Gleiten unter der Kopf- und Mutterauflagefläche. Die Mutter oder Schraube wird gelöst.

Normalerweise genügt der Reibungswiderstand durch die Klemmkräfte zwischen Mutter und Schraube und den verspannten Teilen, um die Verbindung bei fachgerechter Montage ausreichend zu sichern. Bei schwingenden oder schlagenden Belastungen ist unter Umständen eine zusätzliche Sicherung z.B. durch Sperrverzahnung oder Verklebung notwendig. Sollte durch zu starke Belastung die Vorspannkraft bzw. die Klemmkraft verloren gehen, so bleibt die Verbindung trotzdem gesichert.

Ein weiterer wichtiger Punkt stellt das Thema Einsatztemperatur dar. Wird ein falscher Werkstoff bei einer erhöhten Temperatur dauerhaft eingesetzt, kann dies zu einer deutlichen Spannungsrelaxation führen. Dadurch reduziert sich die Vorspann- bzw. Klemmkraft deutlich und die Schraubverbindung kann sich lösen.

Man unterscheidet drei Gruppen für das Sichern von Schraubverbindungen:

  • Sicherung gegen unbefugtes Lösen der Verbindung
  • Sicherung gegen selbstständiges Losdrehen
  • Sicherung gegen selbsttätiges Lockern

Quellen

VDI 2230 Blatt 1 - Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen - Zylindrische Einschraubenverbindungen

Wiegand, H. / Kloos, K.-H. / Thomala, W. (2007) Schraubenverbindungen - Grundlagen, Berechung, Eigenschaften, Handhabung; 5. Auflage, Springer Verlag; Heidelberg Berlin