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Schraubverbindungen sichern

Foto: Schjraubensicherung wird auf Gewinde aufgetragen

Lösbare Verbindungen an Maschinen, an Motoren, an Fahrrädern und an Metallkonstruktionen aller Art werden häufig mit metrischen Schrauben hergestellt. Das Stichwort „lösbar“ zeigt aber auch schon ein Problem dabei: Eine Verbindung, die sich mit dem Schraubenschlüssel wieder demontieren lässt, lockert sich oft genug auch ungewollt von selbst, wenn Vibrationen, Wärme und Kälte darauf einwirken. Geschieht dies in einem ungünstigen Moment, können erhebliche Sachschäden oder auch Verletzungen die Folge sein. Verbindungen, die unter allen Umständen halten müssen, sollten also zusätzlich gesichert werden.



Warum eine Schraubensicherung wichtig werden kann, versteht man, wenn man sich genau ansieht, wie eine metrische Schraube im Gegengewinde hält: Beim Festziehen einer Schraube baut sich eine Spannung auf.
Gewindeschraube in nahaufnahme
Sie entsteht dadurch, dass sich die Schraube in Längsrichtung elastisch dehnt. Dabei werden die Gewindegänge der Schraube gegen das Gewinde im Bauteil oder der Mutter gepresst. So erhöht sich die Reibung zwischen den beteiligten Flächen. Zugleich presst sich der Schraubenkopf gegen die anschlagende Fläche – auch hier erhöht sich die Reibung.

Verschiedene Einflüsse können jedoch dazu führen, dass diese Reibung wieder herabgesetzt wird, was letztlich zum Lockern der Verbindung führen kann. Wenn Feuchtigkeit in die Verbindung eindringt, kann es beispielsweise zur Korrosion der Metallflächen kommen. Rost und andere Metalloxide sind deutlich weniger hart als das jeweilige Metall, also funktioniert die Reibung nicht mehr im erforderlichen Maß. Korrosion kann übrigens auch dann auftreten, wenn man zwei verschiedene Metalle miteinander verschraubt. Bei Anwesenheit von Feuchtigkeit kann ein galvanisches Element entstehen, in der Folge zersetzt sich das unedlere der beiden Metalle mit der Zeit.

Zudem wirken häufig mechanische Belastungen wie Vibrationen auf die Verschraubung. Sie können auch Verbindungen intakter Metallteile mit der Zeit losrütteln. Schädlich sind außerdem Temperaturschwankungen. Metall dehnt sich bei Wärme aus und zieht sich bei Kälte zusammen, verschiedene Metalle verändern überdies ihre Dimension noch in unterschiedlichem Maß. Im Ergebnis kann sich dadurch eine Schraubverbindung ebenfalls lösen.


Mechanische Schraubensicherungen


Schraubenkopf mit Fächerprofil
Was also tun? Üblich sind in vielen Bereichen mechanische Vorrichtungen, die eine Schraube vor dem Losdrehen bewahren sollen. Ob das mit zwischengelegten Fächerscheiben geschieht oder mit Schraubenköpfen, die auf der anliegenden Seite entsprechende Strukturen aufweisen – das Ziel ist dabei immer, die Reibung zu erhöhen und damit den festen Sitz der Schraube zu gewährleisten. Das kann auch indirekt mit den bekannten Sprengringen oder Federringen geschehen, die die Schraube zusätzlich ein wenig in Längsrichtung gegen das Gegengewinde spannen.

Sprengring
Diese mechanischen Sicherungen können einen gewissen Schutz gegen unbeabsichtigtes Lösen bieten, bei hoher Belastung wie starken Temperaturschwankungen können sie aber auch versagen. Zudem hängt die Zuverlässigkeit solcher Sicherungen von der korrekten Montage und damit vom menschlichen Faktor ab.

Bei Verbindungen mit Muttern kann man schon etwas mehr Sicherheit erzielen. Beispielsweise mit sogenannten Kronenmuttern, die zusätzlich mit einem durchgesteckten Splint gesichert werden. Dafür ist allerdings einiger Aufwand zu treiben, und für jede Verbindung eignet sich das Verfahren auch nicht.

Stoppmutter
Ein Sonderfall sind selbstsichernde Muttern, umgangssprachlich auch als Stoppmuttern bezeichnet. Sie sind mit einer Einlage aus Kunststoff versehen, die beim Festziehen zwischen die Gewindegänge gequetscht wird und das Lösemoment deutlich erhöht. Beachten muss man dabei, dass das nur bei der ersten Befestigung funktioniert. Eine einmal losgedrehte Stoppmutter sitzt beim Wiederanziehen kaum fester als eine normale Mutter – hier ist also dann ein frisches Exemplar zu verwenden.



Chemische Schraubensicherungen


Ähnliche Ziele wie die mechanischen Sicherungen verfolgen chemische Schraubensicherungen – allerdings mit anderen Mitteln und oft mit größerer Aussicht auf Erfolg. Im Grunde handelt es sich hier um Klebstoffe, die die Hohlräume zwischen den Gewinden füllen, vorhandenes Spiel zwischen den Teilen der Verbindung beseitigen und eine mehr oder weniger starke Klebekraft ausüben.
Auftrag von Schraubenkleber
Profis wie engagierten Hobbyschraubern dürften in diesem Segment etwa die Produkte der Marke Loctite recht vertraut sein.

Der Unterschied zu gewöhnlichen Klebstoffen liegt darin, dass die flüssigen Schraubensicherungen anaerob härten, also unter Luftabschluss, und dass dies nur im Kontakt mit Metall geschieht. Anzuwenden sind sie recht narrensicher. Nach dem Reinigen der beteiligten Gewinde trägt man den Kleber aus der Flasche auf. Bei durchgehenden Verschraubungen kommen mehrere Tropfen dort auf die Schraube, wo später die Mutter sitzt. Bei Sacklöchern gibt man mehrere Tropfen mittig auf den Grund des Sacklochs oder in das untere Drittel des Innengewindes. Um eine sichere Funktion zu gewährleisten, muss genügend Flüssigkeit eingebracht werden.

Neben dem problemlosen Einsatz bieten chemische Schraubensicherungen auch den Vorteil, dass man kein Sortiment von Scheiben oder Ringen unterschiedlicher Dimensionen vorrätig haben muss. Im einfachsten Fall genügt ein einzelnes kleines Fläschchen im Werkstattregal.

Oben war die Rede von mehr oder weniger starker Klebekraft. Die lässt sich über die Wahl des konkreten Produkts steuern und richtet sich nach dem beabsichtigten Einsatzzweck. Man kann die Produkte in drei Klassen einteilen:

Loctite-Sortiment
Eine niedrigfeste Schraubensicherung kommt dann zum Einsatz, wenn beispielsweise Justier- oder Stellschrauben in ihrer Position fixiert werden sollen. Ebenfalls verwendet man sie bei Metallen, die beim Lösen einer stärkeren Verklebung brechen könnten. Dazu zählen etwa Messing oder Aluminium. Im Loctite-Sortiment wäre hier unter anderem die Produktnummer 222 einschlägig. Das Drehmoment, das zum Losbrechen der Verbindung nötig ist, liegt hier unter dem Drehmoment beim Anziehen. Es bewegt sich im einstelligen Newtonmeter-Bereich.

Eine mittelfeste Schraubensicherung verwendet man dann, wenn die Schraubverbindung zwar noch problemlos lösbar bleiben soll, aber beispielsweise durch Vibrationen gefährdet ist. Das kann bei Getriebedeckeln oder bei Pumpendeckeln der Fall sein, aber auch bei etlichen Verbindungen am Auto oder Fahrrad. Bei Loctite passt dazu etwa die Produktnummer 243. Die Kraft, die zum Losbrechen erforderlich ist, ähnelt dem Anzugsdrehmoment oder liegt leicht darüber.

Hochfeste Schraubensicherungen schließlich sollen Schraubverbindungen dauerhaft fixieren. Sie sind eher in Gewerbe und Industrie im Einsatz und werden von Privatanwendern nur selten benötigt. Loctite bietet in diesem Segment etwa die Produktnummer 270 an. Das Losbrechdrehmoment liegt hier deutlich über dem Drehmoment beim Anziehen der Verbindung. [ha]


Fotos: Loctite/Henkel, mgf, SXC
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