Schrauben und Muttern: Halten Sie es fest

Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass die Welt ohne Schrauben und Muttern zusammenbrechen würde. Schraubverbindungen gibt es überall, vom Rahmen Ihres DIY-3D-Druckers bis zu den Radmuttern, mit denen die Räder Ihres Autos befestigt sind. Obwohl die Strafe für ein Versagen bei letzterem sicherlich höher ist als bei ersterem, ist das selbsttätige Lösen von Schrauben und Muttern selten eine gute Sache. Ingenieure haben sich Dutzende Möglichkeiten ausgedacht, um sicherzustellen, dass die Welt nicht auseinanderfällt, und einige funktionieren besser als andere. Lassen Sie uns einige dieser Methoden erkunden und herausfinden, was funktioniert und was nicht. Vielleicht erfahren wir dabei auch ein wenig über die Funktionsweise dieser faszinierenden Verbindungselemente.

Es gibt viele Möglichkeiten, wie eine Schraubverbindung versagen kann, aber die Selbstlockerung durch Vibrationen ist vielleicht die heimtückischste. Jeder, der schon einmal auf eine festsitzende Schraube geschlagen oder eine rostige Mutter mit einem Schlagschrauber gelöst hat, weiß, dass Vibrationen wirklich helfen. Nehmen Sie die gleiche Verbindung in Betrieb und setzen Sie sie der richtigen Art von Vibration aus. Dann besteht eine gute Chance, dass sich die Verbindung von selbst löst und zum Versagen der Verbindung führt.

In den 1960er Jahren untersuchte der deutsche Ingenieur Gerhard Junker das Selbstlockern und kam zu dem Schluss, dass Querschwingungen für das Versagen von Schraubverbindungen verantwortlich sind. Er entwickelte ein einfaches Prüfgerät, das schnelle Querschwingungen erzeugte und gleichzeitig die Vorspannungsspannung der Befestigungselemente mit einer Kraftmessdose überwachte. Die grafische Darstellung der Vorspannung als Funktion der Anzahl der Vibrationszyklen lieferte Hinweise auf die Wirksamkeit verschiedener Verriegelungsmethoden. Der Test wurde als Junker-Test bekannt und ist als Norm DIN 65151 bis heute der Goldstandard für die Prüfung der Selbstlockerung.

Es gibt einige faszinierende Videos, die Junker-Tests in Aktion zeigen, und einige sind geradezu gruselig. Normalerweise setzen wir eine einfache Schraubenfeder-Sicherungsscheibe auf einen Bolzen oder eine Schraube, ziehen die Mutter schön fest an und machen Schluss mit dem Gefühl, eine sichere Verbindung hergestellt zu haben. Aber nichts könnte weiter von der Wahrheit entfernt sein. Tatsächlich zeigt das Video unten, dass Sicherungsscheiben nicht nur nur wenig Sicherheit für Schraubverbindungen bieten, sondern auch keine der anderen gängigen Methoden – Unterlegscheiben, Nylon-Einsatzmuttern und Stapelmuttern – viel helfen.

Offensichtlich zielt das obige Video darauf ab, die schicken Keilsicherungsscheiben des Unternehmens zu vermarkten, und es ist ziemlich klar, dass sie gut funktionieren. Aber warum funktionieren sie, wenn eine einfache Sicherungsscheibe versagt? Um dies zu beantworten, lohnt es sich, einen Blick darauf zu werfen, was sonst noch funktioniert, etwas, das im Video nicht getestet wurde – eine ordnungsgemäß installierte Kontermutter.

Eine Kontermutter ist eine Mutter mit niedrigem Profil, normalerweise etwa halb so hoch wie eine Standardmutter, die unter der größeren Mutter installiert wird. Wenn die Gegenmutter montiert ist, wird sie nur mit etwa einem Viertel bis der Hälfte des vollen Enddrehmoments angezogen. Als nächstes wird die dicke Mutter montiert und auf den endgültigen Wert angezogen, während die Kontermutter mit einem Schraubenschlüssel festgehalten wird. Dadurch wird die Schraube effektiv durch die Kontermutter nach oben gezogen. Das Gewinde der Schraube steht dann in Kontakt mit den oberen Flanken des Gewindes innerhalb der Kontermutter, während es gleichzeitig die oberen oder Druckflanken der oberen Mutter berührt. Da die oberen und unteren Muttern entgegengesetzte Kräfte auf die Schraube ausüben, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Muttern selbst lösen, weitaus geringer.

Ein ähnlicher Mechanismus ist bei den Keilsicherungsscheiben am Werk. Die beiden Hälften der Unterlegscheibe verfügen über ineinandergreifende Keile, deren Winkel größer ist als die Steigung der Schraubengewinde. Wenn die Schraube festgezogen wird, zieht die größere Steigung der Unterlegscheiben die Schraube wieder nach oben und sorgt so für eine Gegenkraft, die das Gewinde blockiert und verhindert, dass sich das Befestigungselement von selbst löst.

Wenn wir uns alle versagenden Verriegelungsmethoden ansehen, haben sie alle etwas gemeinsam: Sie basieren alle auf Reibung. Kontermuttern und Keilsicherungsscheiben wirken durch die Bereitstellung von Spannung den Querschwingungen entgegen, die zur Selbstlockerung führen, und sind daher wesentlich wirksamer.

Natürlich gibt es auch andere Methoden zum Sichern von Gewindebefestigungen. Mir fallen da selbstklebende Schraubensicherungen ein, aber auch kompliziertere Methoden wie Drahtmuttern und Unterlegscheiben mit Laschen, und das können sehr wirksame Methoden sein. Aber wenn es um niedrige Kosten und eine einfache Installation geht, ist eine einfache Kontermutter kaum zu schlagen, um zu verhindern, dass die Welt zusammenbricht.

Empfohlene Bildquelle: Nord-LockGroup