Schraubensicherungen – warum sich Schrauben nicht von selbst lösen dürfen
Schraubenverbindungen gehören zu den wichtigsten lösbaren Verbindungen im Maschinenbau. Sie halten Bauteile zusammen, übertragen Kräfte und sorgen für genaue Positionen. Durch Vibrationen, wechselnde Belastungen oder Temperaturschwankungen kann sich eine Schraube oder Mutter jedoch mit der Zeit lösen, vor allem wenn die Klemmkraft im Gewinde zu gering ist.
Um dies zu verhindern, verwendet man Schraubensicherungen. Diese sorgen dafür, dass sich die Schraube trotz Erschütterungen oder Lastwechseln nicht selbstständig dreht. Sie ergänzen also die normale Vorspannkraft der Schraube um einen zusätzlichen Sicherungseffekt.
Man unterscheidet Sicherungen, die überwiegend auf Reibschluss beruhen (z. B. Federringe, Sicherungsscheiben, Klemmmuttern), und Sicherungen, die einen Formschluss herstellen (z. B. Splinte, Sicherungsbleche, Drahtsicherungen). Zusätzlich gibt es chemische Schraubensicherungen in Form von flüssigen Klebstoffen.
Die Wahl der richtigen Sicherung hängt von der Belastungsart, der Umgebung, der geforderten Lösbarkeit und den Kosten ab. Nicht jede Verbindung braucht eine aufwändige Sicherung – aber überall dort, wo ein Lösen gefährlich oder teuer wäre, sind Schraubensicherungen vorgeschrieben.
In dieser Lerneinheit bekommst du einen Überblick über die wichtigsten Arten von Schraubensicherungen, ihre Funktion und typische Einsatzbereiche. Ziel ist, bei der Montage passende Sicherungen auszuwählen und fachgerecht einzubauen.
Schrauben sichern heißt, ein unbeabsichtigtes Losdrehen zu verhindern – durch zusätzliche Reibung, Formschluss oder chemische Verbindung, passend zur Belastung der Schraubstelle.
Grundlagen und Funktion von Schraubensicherungen
Eine korrekt montierte Schraube wird mit einem bestimmten Drehmoment angezogen. Dadurch entsteht eine Vorspannkraft, die die Teile zusammenpresst. Bei statischer, ruhiger Belastung reicht diese Vorspannkraft meist aus, um ein Losdrehen zu verhindern.
Bei dynamischer Belastung – etwa durch Vibrationen, wechselnde Kräfte oder Schläge – kann sich die Schraube im Gewinde minimal bewegen. Wird die Klemmkraft zu klein, sinkt die Reibung im Gewinde und an den Auflageflächen. Dann genügt schon eine kleine zusätzliche Bewegung, damit sich die Schraube langsam herausdreht.
Schraubensicherungen erhöhen die Drehsicherheit einer Verbindung, indem sie entweder die Reibung im Gewinde bzw. unter dem Schraubenkopf erhöhen (reibschlüssige Sicherungen) oder durch zusätzliche Bauteile einen Formschluss herstellen, der ein Drehen mechanisch blockiert (formschlüssige Sicherungen).
Wichtig ist: Schraubensicherungen ersetzen nicht das richtige Anzugsmoment. Eine schlecht angezogene Schraube bleibt auch mit Sicherung kritisch. Zuerst muss immer die korrekte Vorspannkraft sichergestellt werden, dann folgt die passende Sicherung.
Je nach Anforderung unterscheidet man außerdem Sicherungen, die sich leicht wieder lösen lassen (z. B. Federringe, Sicherungsscheiben, Klemmmuttern) und solche, die beim Lösen zerstört oder verbogen werden (z. B. Splinte, Sicherungsbleche). Letztere werden bei besonders sicherheitsrelevanten Verbindungen eingesetzt.
Die Reibkraft im Gewinde bzw. unter dem Schraubenkopf kann näherungsweise mit
FR = μ · FV
beschrieben werden. Dabei ist FR die Reibkraft, μ der Reibungskoeffizient und FV die Vorspannkraft der Schraube.
Schraubensicherungen wirken auf zwei Arten:
- Erhöhung von μ (z. B. durch Klemmteile, Beschichtungen, Federringe),
- zusätzlicher Formschluss, der eine Verdrehung auch dann verhindert, wenn die Reibkraft allein nicht ausreicht.
Je höher FV und μ, desto größer ist die Sicherheit gegen Losdrehen.
Viele Normen und Herstellerangaben enthalten Hinweise, wann Verschraubungen zusätzlich gesichert werden müssen, z. B. bei starken Vibrationen, sicherheitsrelevanten Verbindungen im Fahrzeugbau oder bei schwer zugänglichen Schrauben, die selten kontrolliert werden können.
In Zeichnungen werden gesicherte Schrauben häufig durch zusätzliche Symbole oder kurze Hinweise („mit Splint sichern“, „Schraubensicherung mittelfest“) gekennzeichnet.
Gelöste Schraubverbindungen können zu schweren Unfällen führen, etwa wenn Schutzgitter, Bremsenteile oder tragende Bauteile sich lösen. In sicherheitsrelevanten Bereichen dürfen nur freigegebene Sicherungsarten verwendet werden.
Beim Nachziehen von gesicherten Schrauben müssen Sicherungselemente (z. B. Splinte, Sicherungsbleche) meist erneuert werden. Alte, verbogene Sicherungen wiederzuverwenden ist unzulässig.
Schraubensicherungen sind kein Ersatz für beschädigte Gewinde. Ausgeschlagene oder stark korrodierte Gewinde müssen instandgesetzt oder ersetzt werden.
Nenne zwei Gründe, warum sich eine Schraubenverbindung ohne Sicherung trotz korrektem Anzugsmoment im Betrieb lösen kann.
Mögliche Gründe:
- Starke Vibrationen oder wechselnde Querkräfte führen zu Mikrobewegungen im Gewinde und unter dem Schraubenkopf, die die Vorspannkraft abbauen.
- Setzerscheinungen in den Bauteilen oder unter der Schraubenkopffläche verringern die Klemmkraft, sodass die Reibung im Gewinde nicht mehr ausreicht.
In beiden Fällen hilft eine passende Schraubensicherung, das unbeabsichtigte Losdrehen zu verhindern.
Arten von Schraubensicherungen
Schraubensicherungen lassen sich grob in mechanische und chemische Sicherungen einteilen. Mechanische Sicherungen arbeiten mit zusätzlichen Bauteilen, chemische Sicherungen mit Schraubensicherungsklebern.
Wichtige mechanische Arten sind:
- Federringe (Sprengringe): geschlitzte Ringe, die beim Anziehen zusammengedrückt werden und so zusätzliche Federkraft und Reibung erzeugen.
- Sicherungsscheiben (z. B. Fächerscheiben, Zahnscheiben): besitzen Zähne oder Fächer, die sich in Auflageflächen eindrücken und das Drehen erschweren.
- Klemmmuttern: Muttern mit Kunststoffring oder metallischer Klemmung, die das Gewinde elastisch verspannen.
- Sicherungsbleche: Blechlaschen, die nach dem Anziehen um Kanten von Schraubenkopf oder Mutter gebogen werden und so das Drehen blockieren.
- Splinte: Metallstifte, die durch Bohrungen in Schraube oder Mutter gesteckt und umgebogen werden.
- Drahtsicherungen: Schraubenköpfe werden mit Sicherungsdraht verbunden, der sie gegenseitig gegen Drehen hält.
Chemische Schraubensicherungen sind flüssige oder gelartige Klebstoffe (meist anaerobe Klebstoffe), die auf das Gewinde aufgebracht werden. Sie härten im Kontakt mit Metall unter Luftabschluss aus und kleben Schraube und Mutter formschlüssig zusammen. Es gibt verschiedene Festigkeitsklassen: leicht lösbar, mittelfest und hochfest.
Je nach Sicherungsprinzip unterscheidet man:
- Losdrehsicherungen (verhindern das Verdrehen),
- Verliersicherungen (verhindern das vollständige Lösen der Mutter),
- Kombinationen aus beidem, wie z. B. Sicherungsbleche oder Drahtsicherungen.
Normen, Ersatzteillisten oder Montageanleitungen geben meist genau an, welche Sicherungsart an welcher Stelle zu verwenden ist. Bei Reparaturen soll stets die ursprünglich vorgesehene Sicherung wieder eingesetzt werden.
Bei Klemmmuttern bewirkt die zusätzliche elastische Verformung eine zusätzliche Vorspannkraft ΔF. Die Gesamtvorspannkraft ergibt sich näherungsweise zu:
Fgesamt = FSchraube + ΔFKlemmteil
Dadurch steigt die summierte Reibkraft im Gewinde und unter der Auflagefläche. Bei chemischen Sicherungen kommt zusätzlich ein Klebeverbund hinzu, der wie ein Formschluss wirkt.
Die Auswahl der Kleberfestigkeit orientiert sich oft an der Schraubengröße: kleine Schrauben → eher niedrige bis mittlere Festigkeit, große Schrauben → mittlere bis hohe Festigkeit, wenn sie selten gelöst werden müssen.
Federringe werden in vielen modernen Normen kritisch gesehen, weil sie unter hoher Flächenpressung „plattgedrückt“ werden können und dann kaum noch sichern. In sicherheitsrelevanten Anwendungen werden sie daher häufig durch Fächerscheiben, Klemmmuttern oder chemische Sicherungen ersetzt.
Bei hohen Temperaturen sind Schraubensicherungskleber nur begrenzt einsetzbar. Hier müssen hitzebeständige mechanische Sicherungen (z. B. Drahtsicherung, Blechsicherung) verwendet werden.
Splinte, Sicherungsbleche und Drahtsicherungen müssen nach dem Lösen grundsätzlich erneuert werden. Mehrfaches Auf- und Zubiegen führt zu Materialermüdung und Bruchgefahr.
Beim Einsatz chemischer Sicherungen sind die Herstellerangaben zu Trocknungs- und Aushärtezeiten zu beachten. Werden Schrauben zu früh belastet, ist der Sicherungseffekt noch nicht voll vorhanden.
Falsch ausgewählte Sicherungen (z. B. Kunststoffring-Klemmmuttern in Hochtemperaturbereichen) können ihre Wirkung verlieren. Deshalb ist die Umgebungstemperatur stets zu berücksichtigen.
Ordne den folgenden Sicherungsarten jeweils das Haupt-Sicherungsprinzip zu: Klemmmutter, Splint, Schraubensicherungskleber.
- Klemmmutter: überwiegend Reibschluss durch elastische Klemmung im Gewinde.
- Splint: Formschluss, da die Mutter mechanisch am Weiterdrehen gehindert wird.
- Schraubensicherungskleber: Kombination aus erhöhter Reibung und Formschluss durch Klebeverbindung.
Verwendung und Montage von Schraubensicherungen
Bei der Auswahl einer Schraubensicherung stehen drei Fragen im Vordergrund: Wie stark wird die Verbindung belastet? Wie oft muss sie gelöst werden? und Welche Umgebungsbedingungen liegen vor? Aus den Antworten ergibt sich, ob eine einfache Reibschlusssicherung ausreicht oder eine formschlüssige Lösung erforderlich ist.
In der Praxis gelten typische Zuordnungen:
- Für häufig zu lösende Verbindungen (z. B. Wartungsdeckel) verwendet man oft Klemmmuttern, Fächerscheiben oder mittelfeste Schraubensicherungskleber.
- Für sicherheitsrelevante, selten zu lösende Verbindungen (z. B. Bremsenteile, Lenkteile) kommen Splinte, Sicherungsbleche oder Drahtsicherungen zum Einsatz.
- Für verdeckte Verschraubungen, an die man später schlecht herankommt, eignen sich hochfeste Kleber oder Blech/Draht-Sicherungen.
Die Montage erfolgt stets in definierter Reihenfolge: Zuerst werden die Auflageflächen gereinigt (fettfrei, keine Späne), dann – falls vorgesehen – Schraubensicherungen montiert oder aufgebracht, und anschließend wird die Schraube mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen. Bei chemischen Sicherungen wird der Kleber vorher auf das Gewinde oder unter den Kopf aufgetragen.
Bei der Kontrolle im Betrieb achtet man auf sichtbare Sicherungen (Splinte vorhanden und richtig umgebogen? Sicherungsbleche anliegend? Sicherungsdraht straff?) und prüft bei Gelegenheit das Anzugsmoment oder ob sich Schrauben bereits gelockert haben.
Werden Schrauben gelöst, ist zu entscheiden, ob Sicherungsteile erneuert werden müssen. Splinte, Sicherungsbleche und Drahtsicherungen sind grundsätzlich Einwegteile, Klemmmuttern und chemische Sicherungen haben nur eine begrenzte Anzahl von Wiederverwendungen.
Für das erforderliche Anzugsmoment M kann vereinfacht gelten:
M ≈ k · FV · d
wobei k ein Anziehmomentfaktor (abhängig von Reibung), FV die gewünschte Vorspannkraft und d der Nenndurchmesser der Schraube ist.
Schraubensicherungen ändern am Grundwert von FV nichts – sie sorgen lediglich dafür, dass FV über die Betriebszeit erhalten bleibt und sich die Schraube nicht selbstständig löst.
Bei Drehmomentkontrollen im Betrieb wird das Anzugsmoment oft nur stichprobenartig überprüft, da vollständige Kontrollen sehr aufwendig sind. Sichtprüfungen der Sicherungselemente sind hingegen schnell möglich und daher Teil vieler Wartungspläne.
In sicherheitskritischen Bereichen werden Verschraubungen manchmal zusätzlich farbig markiert (z. B. mit Lackpunkten). So erkennt man schon optisch, ob sich eine Schraube gegenüber der ursprünglichen Position verdreht hat.
Beim Bohren von Schrauben zur Splintsicherung (z. B. Kronenmuttern) besteht Bruchgefahr der Schraube, wenn zu tief oder mit falschem Werkzeug gearbeitet wird. Solche Arbeiten sollten nur in der Fertigung oder durch Fachpersonal erfolgen.
Schraubensicherungskleber können Haut und Augen reizen. Handschuhe, Schutzbrille und gute Belüftung sind Pflicht. Kleber dürfen nicht auf warme oder heiße Schrauben aufgebracht werden, da dabei Dämpfe entstehen können.
Beim Entfernen von hochfest gesicherten Schrauben (z. B. abheizen) können hohe Temperaturen und Rauch entstehen. Feuerlöscher und Absaugung müssen bereitstehen, und brennbare Materialien sind fernzuhalten.
An einer Maschine soll eine Schraube M12 gegen Losdrehen gesichert werden. Die Verbindung wird selten gelöst, ist aber sicherheitsrelevant und starken Vibrationen ausgesetzt. Nenne zwei geeignete Sicherungsarten und begründe kurz.
Mögliche Antwort:
- Splintsicherung mit Kronenmutter: Der Splint verhindert formschlüssig, dass sich die Mutter drehen kann. Geeignet für selten gelöste, sicherheitsrelevante Verbindungen.
- Sicherungsblech: Nach dem Anziehen wird eine Lasche gegen eine Flanke des Schraubenkopfes oder der Mutter gebogen und blockiert das Drehen formschlüssig. Ebenfalls sehr vibrationsfest und zuverlässig.
Beide Sicherungsarten sind deutlich unempfindlicher gegen Vibrationen als einfache Federringe und gelten als zuverlässige Losdrehsicherungen.
Aufgaben zu Schraubensicherungen
Hinweis: Pro Aufgabe können eine oder mehrere Antworten korrekt sein.