Schweißen
Teil von Schraubverbindungen sichern mit mechanischen und chemischen Verfahren
Schraubverbindungen sichern Fehlerquellen und Schadensfälle analysieren
Schraubverbindungen sichern: Schadensbilder wie Setzen, Losdrehen und Bruch, Ursachen, VDI 2230, DIN 25201 und Gutachterkosten von 2000 bis 5000 Euro.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Drei Schadensbilder dominieren: Setzen, selbsttätiges Losdrehen und Bruch der Schraube.
- Häufigste Ursachen sind falsches Anziehdrehmoment, streuende Reibwerte und fehlende Sicherung.
- VDI 2230 Blatt 1 und DIN 25201 liefern Berechnung und Nachweis, die Ultraschallmessung prüft die Vorspannkraft im eingebauten Zustand.
- Ein Gutachten kostet je nach Umfang zwischen 2000 und 5000 Euro netto, zuzüglich Umsatzsteuer.
Schadensbilder: Setzen, Losdrehen, Bruch
Setzerscheinungen entstehen, wenn die Kontaktflächen unter der Vorspannkraft plastisch nachgeben. Die Schraube verliert einen Teil ihrer elastischen Längung, die Klemmkraft sinkt, obwohl sich Mutter und Schraube nicht gegeneinander gedreht haben. Typische Auslöser sind weiche Zwischenlagen, beschichtete Fügeflächen und eine zu geringe Einschraubtiefe.
Selbsttätiges Losdrehen setzt Querbewegungen der Fügeteile voraus, wie sie Schwingungen und Lastwechsel erzeugen. Die Gewindeflanken gleiten schrittweise ab, die Vorspannkraft fällt schon nach wenigen Lastspielen. Eine Sicherung wirkt nur, solange die Verbindung vorgespannt bleibt und die Reibung im Gewinde erhalten ist.
Der Bruch erscheint als Gewaltbruch beim Überdrehen, als Dauerbruch nach Ermüdung oder als Spannungsrisskorrosion. Fraktografie und Härteprüfung trennen diese Fälle, weil jede Ursache andere Gegenmaßnahmen verlangt.
Ursachen: Drehmoment, Reibwert, fehlende Sicherung
Das Anziehdrehmoment wandelt nur einen Teil seiner Energie in Vorspannkraft um. Der Rest geht in Gewinde- und Kopfreibung verloren. Streut der Reibwert zwischen 0,08 und 0,20, schwankt die Vorspannkraft bei identischem Drehmoment um mehr als das Doppelte.
Fehlende oder falsch ausgelegte Sicherungen verstärken diesen Effekt. Chemische Schraubensicherungen auf Basis flüssiger oder mikroverkapselter Klebstoffe können Losdrehen verhindern, sie ersetzen jedoch keine ausreichende Vorspannkraft. Angaben zu Aushärtezeit, Reinheit der Oberflächen und Werkstoffpaarung gehören deshalb in die Montageanweisung, ergänzt durch die Datenblätter für Schraubensicherungen von Loctite.
Weitere Ursachen wiederholen sich in Instandhaltungsberichten: zu kurze Einschraubtiefe, mehrfaches Anziehen derselben Schraube, fehlende Dehnschaftauslegung und Setzverluste nach dem ersten Lastzyklus. Ein Nachziehen nach Herstellervorgabe fängt einen Teil dieser Verluste ab.
Normen, Nachweise und Prüfverfahren
VDI 2230 Blatt 1 beschreibt die systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen. Sie führt Vorspannkraft, Setzkraftverlust und Betriebskraftanteile als Rechengrößen und liefert damit die Grundlage für die Bewertung eines Schadensfalls.
DIN 25201 gilt als Konstruktionsrichtlinie für Schraubenverbindungen im Schienenfahrzeugbau und verlangt dokumentierte Sicherungsmaßnahmen. Wer Regelwerke einordnen muss, findet beim Normenausschuss Konstruktion des DIN sowie in den Präventionsinformationen der DGUV zur Normung die zugehörigen Grundlagen.
Die Ultraschall-Vorspannungsmessung bestimmt die Längung der Schraube im eingebauten Zustand. Weil sie das Gewinde nicht beschädigt und wiederholbar arbeitet, eignet sie sich für Reihenuntersuchungen nach einem Schaden. Kalibrierte Drehmomentwerkzeuge von Stahlwille ergänzen die Messung.
Schadensanalyse in fünf Schritten
- Befund sichern: Einbaulage, Bruchstücke, Betriebsdaten und Lastkollektiv fotografisch dokumentieren.
- Trennen: Bruchfläche, Gewinde und Auflageflächen ohne Nachbearbeitung beurteilen.
- Messen: Vorspannkraft per Ultraschall, Restdrehmoment und Reibwert an Vergleichsproben bestimmen.
- Nachrechnen: Berechnung nach VDI 2230 mit realen Reibwerten und Betriebslasten durchführen.
- Festschreiben: Anziehdrehmoment, Sicherungselement und Prüfintervall in der Instandhaltungsanweisung verankern.
Anbieter und Kosten von Gutachten
| Stelle | Schwerpunkt | Rolle im Schadensfall |
|---|---|---|
| BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung | Werkstoffanalytik, Prüfstandversuche | Untersuchung von Bruchflächen und Werkstoffen |
| TÜV SÜD, TÜV Rheinland, TÜV Nord | Schadengutachten, Kalibrierung von Drehmomentwerkzeugen | Bewertung und Nachweisführung |
| DEKRA und freie Sachverständige | Befundung vor Ort, Nachrechnung | Dokumentation für Versicherer und Gerichte |
Einfache Gutachten mit Sichtprüfung und Nachrechnung liegen bei 2000 bis 5000 Euro netto je Fall, zuzüglich 19 Prozent Umsatzsteuer. Mit Fraktografie, Rasterelektronenmikroskopie und Prüfstandsversuchen wird die Obergrenze dieses Rahmens erreicht. Die Kosten gehören in die Schadensbilanz, denn ein Losdrehen an einer sicherheitsrelevanten Verbindung verursacht im Anlagenstillstand meist mehr Aufwand als das Gutachten selbst.
Häufige Fragen
Wie unterscheide ich Setzen von Losdrehen?
Setzen hinterlässt blanke, leicht verformte Auflageflächen ohne Verdrehspuren. Beim Losdrehen zeigen Gewinde und Kopf Drehriefen, und die Restvorspannung liegt nahe null. Eine Ultraschallmessung trennt beide Fälle.
Wann lohnt sich ein Gutachten?
Sobald Serienfehler, Gewährleistungsansprüche oder Personenschäden im Raum stehen, übersteigt der Analyseaufwand selten den wirtschaftlichen Nutzen. Ab einem Streitwert im vierstelligen Bereich ist die Nachrechnung meist günstiger als der Austausch ganzer Baugruppen.
Reicht ein kalibrierter Drehmomentschlüssel als Nachweis?
Er kontrolliert das Drehmoment, nicht die Vorspannkraft. Reibwertstreuung, Setzverluste und elastische Rückfederung bleiben unsichtbar. Für Schadensfälle ist die kombinierte Messung aus Drehmoment und Ultraschall aussagekräftiger.
Welche Norm gilt für Schienenfahrzeuge?
DIN 25201 verlangt dort dokumentierte Sicherungsmaßnahmen und eine Nachweisführung über die Vorspannkraft. VDI 2230 ergänzt die Berechnung, ersetzt aber die Schienenfahrzeugrichtlinie nicht.
Wie oft sind Schraubverbindungen zu prüfen?
Prüfintervalle ergeben sich aus Lastkollektiv, Setzverhalten und Schadenshistorie. Nach dem ersten Lastzyklus ist ein Nachziehen sinnvoll, danach bestimmen Betriebserfahrung und Vorgaben des Anlagenherstellers den Takt.