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Flüssig währt am längsten

Duroplastische Klebstoffe sichern Schraubenverbindungen zuverlässig.
Schrauben werden bei der Montage mit definiertem Drehmoment angezogen. Um die erreichte Vorspannkraft in der Schraubenverbindung zu sichern, fügt man häufig eine Fächerscheibe oder einen Federring unter dem Schraubenkopf dazu. Selbst in heutigen Ingenieurstudiengängen werden noch solche mechanischen Sicherungselemente als Mittel der Wahl gepriesen. Dabei beweist die Realität in vielen Anwendungen, dass diese Praxis überholt ist. Vergleichstest auf einem Schraubenprüfstand zeigen, dass selbst Zahnscheiben oder Schrauben mit Sägezahnflansch flüssigen Schraubensicherungen in der Regel unterlegen sind – aus vielerlei Gründen.
Für die Anforderungen an Schraubensicherungen sind Getriebe ein Paradebeispiel. Je nach Leistung des Motors werden in den Antriebselementen immense Drehmomente übersetzt. So entstehen hohe, dynamisch wirkende Scherkräfte zwischen den Gehäuseflanschen, die zudem von außen einwirkenden, plötzlich auftretenden Spitzenbelastungen durch das Blockieren der Antriebswelle oder Vibrationen in unterschiedlichen Frequenzen überlagert werden kö,nnen. Das kann die gesamte Baugruppe immens belasten. Dabei ist es für die zuverlässige Funktiion der exakten Mechanik im Inneren des Getriebes von entscheidender Bedeutung, dass die Vorspannung an den Verbindungsschrauben zwischen den Gehäuseteilen dauerhaft erhalten bleibt. Und die Verschraubung zum Motor oder zum Grundgestell sollte nicht minder zuverlässig sein. Insofern gilt: egal ob eine dauerhaft extrem belastete Schraubverbindung vorliegt oder ob diese nur sporadischen Einwirkungen ausgesetzt ist, die Schraube muss ihre Funktion erfüllen. Zweifellos sollte die Verbindung primär den Betriebslasten ohne Probleme standhalten. Doch wie steht es um die Haltbarkeit von Schraubverbindungen bei einwirkenden Querkräften aufgrund von Vibrationen, bei Längenänderungen infolge von Wärmedehnungen oder bei Überlastung durch schlagartige Beanspruchung? Als erste grobe Orientierung, welche Verbindungen am gefährdetsten sind, gilt: je länger eine Schraube konzipiert ist (Dehnschrauben), umso sicherer ist sie; je kürzer und dicker sie dagegen ist, umso anfälliger ist sie gegenüber selbständigem Lösen. Wie aber wird eine Schraube in Position gehalten? Beim Anziehen der Schraube mit einem vorgegebenen Drehmoment werden die Gewindeflanken von Schraube und Gegengewinde aufeinander gepresst. Dadurch werden die notwendige Klemmkraft und Vorspannung erzeugt. Die Reibung zwischen den Flankenflächen verhindert in der Folge das Abgleiten der Flanken und selbständiges Losdrehen. Können jedoch die Gewinde voneinander abheben, beispielsweise durch Querkräfte oder Überlastung der Verbindung, geht die Reibung verloren und es kommt zum gefürchteten Lösen. Dies hat den Verlust der Vorspannung zur Folge und kann zum Totalausfall führen.
Verliersicherung oder Losdrehsicherung
Um das zu verhindern, also um die Vorspannung in dem gewünschten Maß aufrecht zu erhalten, werden Schraubensicherungssysteme verwendet. Ihre vorrangige Aufgabe ist es, jegliche Bewegung im Gewinde zu unterbinden. Entscheidend in der Wahl der eingesetzten Komponenten und Materialien ist es zunächst, zu wissen, ob eine Schraube nur in Position gehalten werden muss oder ob sie darüber hinaus die eingesetzte Vorspannung halten soll. Flüssige Schraubensicherungen sind klassische Losdrehsicherungen, denn sie beugen auch dem Vorspannungssverlust vor. Der Grund ist so trivial wie genial. Die Sicherungsflüssigkeiten sind einkomponentige Klebstoffe, die alle Zwischenräume eines Gewindes vollständig ausfüllen. Unter Luftabschluss härten sie zu stabilen Duroplasten aus und nehmen Schraube und Gegengewinde auf diese Weise den Raum, um voneinander abheben zu können. So entstehen stoffschlüssige Verbindungen, in denen die Reibung zwischen den Gewinden erhalten bleibt und zusätzlich durch Adhäsion des Klebstoffes an beiden Gewindeflanken unterstützt wird. Damit wird jedes Bewegungsstreben zwischen den Gewinden unterbunden. Mechanische Schraubensicherungen wirken entweder indem sie das Gewinde mechanisch blockieren oder sie versuchen den Reibschluss zu erhalten, indem sie die nötige Federkraft aufbringen müssen. Vor allem letztere sind häufig wirkungslos, da eine sachgerecht ausgeführte Schraubenverbindung wesentlich höhere Vorspannkräfte aufweist als mechanische Elemente an Federkraft aufbauen können. So liegt ein Federring nach DIN 127 schon bei 5 % der Nennvorspannnkraft von Schrauben der Festigkeitssklasse 8.8 auf Block und wirkt nur noch wie eine Unterlegscheibe. Vergleichstests auf einem Schraubenprüfstand haben gezeigt, dass nicht nur ungesicherte Normschrauben, sondern auch Schrauben mit Federscheiben, Muttern mit integriertem Polyamidring und selbst Schrauben mit Zahnscheiben bereits nach wenigen Lastwechseln markante Vorspannungsverluste aufweisen. Einzig Schrauben mit Sägezahnflansch können in punkto Losdrehverhalten mit den flüssigen Alternativen immerhin anfänglich mithalten, müssen sich aber über die Zeit ebenso geschlagen geben. Zudem lassen sie sich nicht auf jedem Material einsetzen. Schrauben mit Sägezahnflansch funktionieren wie Widerhaken. Drängen sie Kräfte sich loszudrehen, „graben“ sie sich quasi in die Auflagefläche ein. Besteht diese allerdings aus gehärtetem Material, sind die Sägezähne wirkungslos. Bei flüssigen Sicherungssystemen ist die Frage von Oberflächenbeschaffenheiten dagegen nahezu gleichgültig. Sie verfestigen sich durch die Anwesenheit von Metall und die gleichzeitige Abwesenheit von Luft; Bedingungen also, die in einer mit flüssiger Sicherung verschraubten Gewindeverbindung gegeben sind. Aufgetragen werden flüssige Schraubensicherungen bei Durchgangsbohrungen dort, wo die Mutter nach dem Festziehen platziert sein soll. In Sacklochbohrungen hingegen gibt man ein wenig Produkt in die Öffnung hinein. Wird die Schraube anschließend eingedreht, so wird die noch flüssige Schraubensicherung nach oben in die Gewindegänge gedrückt, wo sie die Zwischenräume sauber abdichtet. Würde man die Sicherung hingegen direkt auf die Schraube geben, so würde beim Einschrauben die komprimierte Luft im Sackloch das gesamte Produkt aus dem Gewinde drängen. Welche chemische Schraubensicherung nun an welcher Stelle genau die richtige ist, hängt von mehreren Faktoren ab, vor allem aber vom benötigten Grad an Festigkeit. Generell lassen sich drei Systemklassen festlegen: niedrig-, mittel- oder hochfeste Schraubensicherungen. Produkte mit niedriger Festigkeitsauslobung sind so entwickelt, dass sie sich mit konventionellem Werkzeug wieder mühelos demontieren lassen. Produkte mit mittlerer Festigkeitsperformance erfordern dagegen bereits einen deutlich höheren Kraftaufwand, lassen sich jedoch ebenfalls mit gebräuchlichem Werkzeug überwinden. Da hochfeste Schraubensicherungen allerdings selbst extremsten Belastungen standhalten und enormen Kräften widerstehen müssen, wie beispielsweise bei Baumaschinen, lassen sie sich ausschließlich in erhitztem Zustand um 250°C lösen. Dann allerdings reicht auch der Griff zum Schraubenschlüssel. Allein diese Kategorisierung macht deutlich, dass universelle Systeme nicht sinnvoll sind. Zu vielfältig sind die Anforderungen und Funktionen, als dass ein Produkt in jedem Anwendungsfall die ideale Lösung sein kann. Für Verbindungen, die beispielsweise zu Revisionen häufig wieder geöffnet werden müssen, nimmt man vornehmlich niedrigfeste Sicherungen. Mittelfeste und hochfeste Systeme empfehlen sich entsprechend für solche, die entweder selten oder gar nicht mehr gelöst werden müssen. Selbst an Abschlussdeckeln von Lüftern bieten sich mittelfeste Lö,sungen an, weil die Geräte permanenten Vibrationen unterliegen. Zum anderen kann es sein, dass die Deckel hin und wieder fü,r Reparaturen geöffnet werden müssen. Dank ihrer konkurrenzlosen Zuverlässigkeit und der enormen Anwendungsbandbreite liegen flüssige Schraubensicherungen schon seit längerem im Trend. Vor allem in Bereichen, in denen die Sicherheit von Menschen unmittelbar betroffen ist, z.B. an Lasten- und Personenaufzügen, wächst das Vertrauen in sie konntinuierlich. Aber auch vielerlei andere Gründe verhelfen dieser Technologie zu Popularität:
Undurchlässig auch für aggressive Medien :
Indem flüssige Schraubensicherungen die Spielräume im Gewinde ausfüllen, sind diese nach dem Aushärten absolut undurchlässig für flüssige Medien. So können Motoren und Getriebe gegen Ölverluste oder aber Schrauben an Schiffen gegen eindringendes Salzwasser abgedichtet und im Gewinde gleichzeitig vor Korrosion geschützt werden.

Keine Korrosion an der Auftragsfläche :
Selbst nach Jahren lassen sich die mit einer flüssigen Schraubensicherung montierten Verbindungen lösen, weil sich die Komponenten nicht durch Rostbildung festgefressen haben. Zwar können Schrauben und Muttern rings um die Auftragsfläche massiv korrodiert sein. Wo die Mutter jedoch gesichert auf dem Gewinde saß, ist das Metall nach dem Herunterschrauben blank.

Hochtemperaturbeständig:
Ausgehärtet widerstehen flüssige Schraubensicherungen in der Regel Temperaturen bis 150°C mühelos. Entwicklungstechnisch hoch getrimmte Spezialisten sind sogar bis zu Dauertemperaturen von 230°C, z.B. in der Stahlherstellung oder Glasindustrie, beständig.

Perfekte Viskosität :
Schrauben von Dieselmotoren für Luxusliner oder zum Befestigen tonnenschwerer Stahlkonstruktionen im Bauwesen erreichen schnell Dimensionen bis zum M80-Bereich oder darü,ber. In solchen Gewinden wü,rden dünnflü,ssige Systeme schlicht davon laufen. Um die Spalten dennoch zuverlässig fü,llen zu k6ouml;nnen, werden in solchen Fä,llen pastösere Materialien verwendet. Diese aber wiederum ließen sich nicht in die engen Gewindespalten von M3- oder M4-Schrauben zwängen, so dass die Viskosität mit der Schraubengröße korrelieren muss. Hier gilt: je kleiner die Schraube, umso dünnflüssiger die Schraubensicherung.

Sauber Dosieren :
Analog zum Vorbild „Pritt-stift“ wird die Schraubensicherung in klebestiftähnlicher Konsistenz angeboten. Der Stift wird am Gewinde angesetzt und in dem zu sichernden Bereich aufgetragen. Wird die Mutter anschließend festgezogen, härtet die Schraubensicherung wie gewohnt aus und schafft die gleiche kraftschlüssige Verbindung. Der Vorteil des Stiftes liegt in seinem guten Dosierverhalten speziell für Reparatur-, Wartungs- und Instandhaltungsarbeiiten. Denn vor allem bei schlecht einsehbaren Montagebereichen oder Überkopfarbeiten können flüssige Systeme abtropfen und andere Komponenten kontaminieren.

Kapillarfähig :
Sogar angezogene Schrauben lassen sich nachträglich sichern. Dafür sorgen sehr kriechfähige Formulierungen. Dank ihrer äußerst benetzungsfähigen Konsistenz sind diese Schraubensicherungen kapillarfähig, d.h. sie nutzen die ihnen angebotenen Hohlräume, und seien diese noch so eng, um sich hindurch zu ziehen. Ein oder zwei Tröpfchen auf eine angezogene Mutter aufgebracht reichen aus, damit die flüssige Sicherung in das Gewinde kapilliert und dort aushärtet.

Mehr Toleranz gegenüber Verschmutzungen :
Angesichts des sehr facettenreichen, wachsenden Bedarfs an flüssigen Schraubensicherungen, laufen die Forschungsansätze in viele neue Richtungen. Einer ist die wachsende Toleranz gegenüber Oberflächenverschmutzungen. Ein ambitionierter Anspruch, denn Klebeanwendungen, zu denen die chemische Art der Schraubensicherung nun mal zählt, verlangen ein Minimum an Sauberkeit, um zuverlässig aushärten und am Untergrund haften zu können. Inzwischen scheinen die Entwicklungslabors jedoch diese Voraussetzungen in Grenzen auszuhebeln. Immerhin ist es schon vor geraumer Zeit gelungen, Schraubensicherungen zu entwickeln, die trotz leichter Ölfilme auf der Schraubenoberfläche zuverlässig aushärten und ihrer Funktion uneingeschränkt nachkommen. Zudem machen sich die flüssigen Sicherungssysteme von der Art des Untergrundes zunehmend unabhängig. Das ist wichtig, weil Aushärtegeeschwindigkeit und Haftung der Schraubensicherung sehr stark von der Gewindeoberfläche beeinflusst werden. Schrauben bestehen längst nicht nur aus einem Material. Neben den herkömmlichen Stahlschrauben werden immer höher legierte rostfreie Schrauben angeboten, sowie Schrauben aus Aluminium, Messing oder Titan. Hinzu kommen zahlreiche Veredlungsvariationen der Oberfläche wie Schwärzen, Phosphatieren, Verzinken oder Verchromen. Die Palette ist erstaunlich bunt, nur reagieren die Systeme auf verschiedenartige Oberflächen jeweils spezifisch und damit unterschiedlich. Konsequenterweise dehnt sich das Spektrum an Materialien, auf denen Schraubensicherungen zuverlässig funktionieren müssen, kontinuierlich aus. Besonders anspruchsvoll war die Aussrichtung auf chrom-6-freie Schrauben. Wegen ihrer toxischen Wirkung werden Korrosionsschutz bietende Chrom6-Überzüge von zahlreichen Schraubenherstellern aus der Produktion verbannt. Damit ändern sich zugleich die Haftungsbedingungen für aushärtende Schraubensicherungen radikal. Mittlerweile gilt aber auch diese Frage als technisch gelöst. So zieht Rudolf Neumayer, Leiter der Anwendungstechnik fü,r Loctite-Produkte bei Henkel, das Resümee: „Flüsssige Schraubensicherungen lassen sich entwicklungstechnologisch in viele Richtungen trimmen. Daher wird es auch zukünftig kaum Anwendungssituationen geben, die sich nicht durch diese Technologie sichern lassen.

Quelle: Henkel Loctite Deutschland GmbH, München,