Ausfallen von Schraubverbindungen

Ausfallen von Schraubverbindungen

Teil 1: TYPOLOGIE

Der Ausfall einer Schraubverbindung (auch "Ruine" genannt) kann auftreten durch:

1/ Abruptes Abbrechen

2/ Allmähliches Abbrechen (Ermüden)

3/ Wasserstoffversprödung

4/ Korrosion

1: PLÖTZLICHES STATISCHES ABBRECHEN

Übermäßige Beanspruchung der Zugkraft

Die Spannungen sind gleichmäßig über den Abschnitt verteilt

⇨ scharfes Abbrechen senkrecht zur Achse des Schraubenschaftes (spröder Bruch)

⇨ Abbrechen mit Initiierungszone und endgültigem Abbrechen am Rand mit Vorhandensein von Scherlippenwirkung (formbarer Bruch)

⇨ Abbrechen mit radialer Linienbildung aufgrund von Härtetappen (semi-fragiler Bruch)

Außer bei metallurgischen Fehlern gibt eine Schraube am ersten Gewindegang im Eingriff nach

Beispiel: Schraube 10.9 beim Festziehen gebrochen (zu fest angezogen)

Beispiel: Plötzlicher halbfragiler Bruch: Lokalisierung des Bruchursprung

Übermäßige Beanspruchung durch Verbiegen

Die Spannungen sind im Abschnitt mit einem Maximum am Rand und einem Minimum im Kern verteilt.

⇨ Es ist eine starke plastische Verformung (Verdrehungseffekt) mit Vorhandensein einer wirbelartigen Bruchfazies zu beobachten

2: ERMÜDUNGSBRUCH

Rotierende Biegung

Typischerweise ist diese Art des Bruchs auf dem Schraubenquerschnitt gekennzeichnet durch:

⇨ mehrere periphere Zünder mit Kamm- oder Radiallinien

⇨ Frontlinien oder Haltelinien

⇨ zwei identifizierbare Zonen: Zone der Ermüdungsausbreitung und Zone des plötzlichen Endbruch

Flache Beugung und Wechselnde flache Beugung

Bei einer flachen Biegung liegt die Initiierung an einem einzigen Punkt.

Bei einer ebenen Wechselbiegung liegt die Initiierung an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten.

Einflussfaktoren

- Ein Ermüdungsbruch zeichnet sich durch eine Kerbwirkung aus, wobei die Zündung in der Regel an der Oberfläche erfolgt.

- Die Geometrie des Teils ist daher entscheidend und Querschnittsvariationen sind zu vermeiden (Nuten begrenzen, Verrundungen vergrößern...)

- Die Fläche der endgültigen Bruchzone ist repräsentativ für das statische Gleichgewicht der Verbindung, da es durch Überschreiten der verbleibenden mechanischen Eigenschaften erreicht wird.

- Bearbeitungsbereiche sind potenzielle Zündbereiche; ein gerolltes Gewinde ist in Bezug auf die Dauerfestigkeit besser als ein geschnittenes Gewinde.

3: WASSERSTOFFVERSPRÖDUNG

Prinzip und Ursprung

Hauptsächlich bei der Oberflächenbehandlung (oder beim Schweißen) kommt es zur Aufnahme von Wasserstoff an der Oberfläche und dann zur Diffusion, was zu einem Verlust der Kohäsion des Metallgewindes führt.

Bei einer elektrolytischen Oberflächenbehandlung tritt das Risiko in verschiedenen Phasen auf:

- Beizen

- Kathodische Entfettung

- Elektrolyse

Der Bruch ist ein verzögerter Typ mit brüchigem Charakter.

Das Risiko steigt mit den mechanischen Eigenschaften. Der Bruch tritt beim Anziehen oder einige Stunden nach Inbetriebnahme auf, auch wenn keine zusätzliche äußere Belastung vorliegt.

Die Vorbeugung erfolgt durch eine thermische Behandlung zur Entgasung, die innerhalb von vier Stunden nach Verlassen des Elektrolytbades erfolgen muss. Siehe NF EN ISO 4042, NF EN 12329 und NF EN 12330)

1/4: KORROSION

Die Zündung erfolgt an Korrosionslöchern: Die Oberflächenbeschaffenheit bedingt diese Art von Ruin. Die fehlerhafte Oberflächenbeschaffenheit wird zu einem Bereich, in dem sich Spannungen konzentrieren und zum Bruch führen können.

Teil 2: HAUPTURSACHEN

1: POSITION UND ARTEN VON BRÜCHEN

Der Bruch in Gewinden tritt häufig am ersten eingreifenden Gewinde auf, da dies ein Bereich ist, in dem sich die maximale Spannung konzentriert.

Der Unterkopfbruch ist überwiegend das Ergebnis eines unzureichenden Verbindungsradius.

Der Bruch im Schaft, der sehr selten vorkommt, betrifft hauptsächlich Schrauben mit reduziertem Schaft oder Schmelzsicherungsschrauben.

2: URSACHEN FÜR EINEN PLÖTZLICHEN BRUCH

3: URSACHEN FÜR ERMÜDUNGSBRUCH

4: WESENTLICHE URSACHEN UND VORBEUGUNG

Brüche entsteht durch einen Montagefehler! Sie sind also vermeidbar, ohne dass die Konstruktion überarbeitet werden muss. Abgesehen von dem typischen Phänomen der Wasserstoffversprödung betrifft dies fast ein Drittel der Baugruppe.

Einige Empfehlungen:

• Die Qualitätsklasse der Schraube richtig einordnens

• Wählen Sie eine Mutter, die in der Qualitätsklasse mit der Schraube kompatibel ist

• Vermeidung heterogener Baugruppen (galvanische Korrosionseffekte)

• Eine Anspannung mit Vorspannung sicherstellen

• Sicherstellen, dass die Vorspannung hält: z. B. verhindert eine Kontermutter das Lockern

aber nicht dafür sorgt, dass die Vorspannung hält

• Die richtige Wahl der Unterlegscheibe und Vermeidung ihrer Quetschung