Schraubensicherungen enthüllt: Expertenrat zu Gewindesicherungs-Klebstoffen

Vor mehr als 2.000 Jahren erfunden, bleiben Gewindefestiger das Rückgrat moderner Maschinen. Sie sind integraler Bestandteil von allem – von Automobilen und Flugzeugen bis hin zu Haushaltsgeräten –, wo sie die kritischsten Komponenten sichern.

Allein in den Vereinigten Staaten werden jährlich über 300 Milliarden Befestigungselemente verbraucht. Dieses enorme Volumen unterstreicht die Notwendigkeit von Befestigungselementen, die vorhersehbare, einheitliche Leistung liefern und nach der Montage sicher bleiben.

Trotz kontinuierlicher Verfeinerung versagen Befestigungselemente noch immer. Zwei primäre Versagensarten existieren: Spannungsentspannung, verursacht durch temperaturbedingte Ausdehnung und Kontraktion von Schrauben und ihren Substraten; und Selbstlockerung, die auftritt, wenn seitliches Gleiten zwischen Kontaktflächen die Vorspannkraft reduziert.

Mechanische Lösungen – Federringe, Drahtsicherungen, Sicherungsschrauben – erhöhen die Kosten und können die Gleitbewegung, die zum Lockern führt, nicht vollständig verhindern. Chemische Gewindesicherungs-Klebstoffe bieten jedoch eine kosteneffiziente, permanente Lösung.

Vor fast 50 Jahren von der Loctite Corporation eingeführt, sind anaerobe Schraubensicherungen einkomponentige flüssige Harze, die zu einem zähen Feststoff aushärten, wenn sie Metallionen in einer sauerstofffreien Umgebung ausgesetzt sind. Dieser anaerobe Aushärtemechanismus ermöglicht es dem Klebstoff, in die Gewindegänge zu fließen, diese zu füllen und dann auszuhärten, ohne vorzeitig zu erstarren.

Während des Aushärtens dringen Polymerketten in jede mikroskopische Unvollkommenheit der Gewinde ein, erhöhen die Reibung und schaffen einen robusten mechanischen Verschluss. Der Klebstoff dichtet auch die Verbindung ab und schützt sie vor Korrosion durch Feuchtigkeit, Gase und Flüssigkeiten.

Schon wenige Tropfen Schraubensicherung können eine angezogene Schraube so lange halten, bis sie absichtlich demontiert wird. Während eine typische Muttern-Schrauben-Verbindung nur etwa 15 % Metall-zu-Metall-Kontakt erreicht, bieten Schraubensicherungen 100 % Kontakt, verbessern die Drehmomentkontrolle, reduzieren Galling und liefern Schmierung für präzise Montage.

In niedrigen, mittleren und hohen Festigkeitsgraden erhältlich, halten Schraubensicherungen selbst den härtesten Umgebungen stand. Sie bieten hohe Scherfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, schnelle Aushärtung, einfache Dosierung und ausgezeichnete Vibrationsbeständigkeit.

Faktoren bei der Auswahl von Schraubensicherungen

Die Wahl der richtigen Schraubensicherung erfordert das Verständnis der Anforderungen Ihrer Anwendung. In vielen Fällen müssen Schrauben für Wartungszwecke entfernbar bleiben. Glücklicherweise kann jede gesicherte Schraube wiederverwendet werden – einfach den alten Klebstoff entfernen, bevor man neu aufträgt.

Niedrigfeste Formulierungen eignen sich ideal für Befestigungselemente bis ¼-Zoll Durchmesser – wie Einstellschrauben, Messgeräte und Manometer –, wo häufige Justierung nötig ist. Mittelfeste Grade passen zu Befestigungselementen bis ¾-Zoll, üblich in Werkzeugmaschinen, Pressen, Pumpen und Kompressoren. Hochfeste Sicherungen sind für Befestigungselemente bis 1-Zoll reserviert, die in dauerhaften Montagen an Schwermaschinen und großen Halterungen zu finden sind.

Niedrigviskose, kriechfähige Schraubensicherungen sind auch für Befestigungselemente bis ½-Zoll erhältlich, die von einfacher Kapillarwirkung in vormontierten Gewinden profitieren können.

Die Betriebsumgebung diktiert die Formulierungswahl. Moderne Schraubensicherungen sind oberflächenunempfindlich, hochtemperaturbeständig, chemikalienbeständig und vibrationsfest – Eigenschaften, die in früheren Generationen nicht verfügbar waren.

Der Metalltyp spielt ebenfalls eine Rolle. Befestigungselemente aus inaktiven Metallen – Edelstahl, Zink, Magnesium, Schwarzoxid, Cadmium, eloxiertes Aluminium oder passiviertes Titan – können einen Primer zur Aushärtung benötigen. Wenn nur ein inaktives Metall vorhanden ist, ist Primer unnötig.

Anwendung von Schraubensicherungen

Richtige Anwendung stellt sicher, dass der Klebstoff den gesamten Gewindeeingriffsbereich benetzt. Die erforderliche Benetzung hängt von Gewindegröße, Klebstoffviskosität und Bauteilgeometrie ab. Für große Bauteile garantiert die Benetzung beider Paarbeziehungen Zuverlässigkeit.

Bei Durchgangsloch-Muttern-Schrauben-Verbindungen Schraubensicherung nur dort auftragen, wo Mutter und Schraube bei voller Anzugskraft zusammentreffen – nur der Klebstoff zwischen den Gewinden härtet aus. Bei Sacklochmontagen wie Zylinderschrauben den Klebstoff sowohl auf die Schraube als auch auf die Gegengewinde auftragen; andernfalls kann Luftdruck den Klebstoff herausdrücken, was zu unvollständiger Aushärtung und potenziellem Versagen führt.

Schraubensicherungen können manuell, halbautomatisch oder automatisch dosiert werden. Vormontierte Beschichtungen – Mikrokapseln mit Klebstoff – werden populär. Bei der Montage brechen die Kapseln auf und geben den Klebstoff frei. Diese Methode bietet Konsistenz, Kosteneinsparungen und Qualitätssicherung.

Anaerobe Schraubensicherungen härten in Minuten bei Raumtemperatur aus und erreichen volle Festigkeit innerhalb von 24 Stunden. Hitzeexposition (z. B. 30 Minuten bei 120 °C) kann die Aushärtung beschleunigen. Wenn Primer oder Aktivator benötigt werden, diesen auf eine oder beide Oberflächen vor dem Klebstoff auftragen; kein Mischen von Komponenten erforderlich.

Als Faustregel: Anaerobe Schraubensicherungen nicht auf Kunststoffgewinde anwenden, da Substrat-Erweichung oder Spannungsrissbildung auftreten kann.

Neue Entwicklungen

Traditionelle anaerobe Klebstoffe standen vor drei Hauptproblemen: Aushärtung auf einer breiten Palette metallischer und nicht-metallischer Substrate, die fettig oder ölig sein können; langfristige Beständigkeit gegen Temperaturen über 300 °F; und Widerstand gegen anhaltende mechanische Belastung.

Öle und andere Verunreinigungen können die Aushärtung verhindern, indem sie die anaerobe Reaktion hemmen, was gründliche Reinigung vor der Anwendung erforderlich machte. Inaktive Substrate – zinke-dichromat/phosphat-beschichteter Stahl, Magnesium, Cadmium, Edelstahl, Aluminium und Duroplaste – erforderten früher lösemittelbasierte Primer, bevor anaerobe Klebstoffe haften konnten.

Moderne oberflächenunempfindliche Formulierungen härten erfolgreich auf öligen oder verunreinigten Oberflächen und inaktiven Metallen aus, was Primeranforderungen reduziert oder eliminiert. Neue proprietäre Chemien erweitern die Einsatztemperaturen bis zu 400 °F, ideal für Automobil- und Luftfahrtanwendungen, die extremen thermischen Zyklen ausgesetzt sind.

Um Vibrationen zu begegnen, wurden zähere Formulierungen entwickelt. Diese hochfesten, hochtemperaturbeständigen Sicherungen sind weniger schlagempfindlich und können anhaltender intensiver Vibration, Rotation, Scher- und Zugkräften standhalten.

Eine Hochleistungsanwendung

Ryobi Outdoor Products – bekannt für benzinbetriebene Freischneider – entwickelte einen leistungsstarken Laubbläser, der Geschwindigkeiten bis 210 mph und Motordrehzahlen über 8.000 U/min erreichte. Unter diesen Bedingungen erreichten Komponenten 500–600 °F und erlebten starke Vibrationen.

Konventionelle mechanische Lösungen waren unzureichend. Ingenieure griffen auf Loctite 266 zurück, eine neue oberflächenunempfindliche, hochfeste, hochtemperaturbeständige Schraubensicherung. Sie härtet in 40 Minuten aus und erreicht volle Festigkeit in drei Stunden, verträgt Öl und andere leichte Verunreinigungen ohne Oberflächenvorbereitung.

Auf der Montagelinie wurde der Klebstoff auf zinke-dichromatierte Stahlschrauben aufgebracht, die den Auspuff mit dem Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse mit dem Zylinder verbanden. Drei Stunden später wurde jedes Gerät bei Volllast sechs Minuten lang bei 6.000 U/min getestet, bevor es freigegeben wurde.

„Die schnelle Aushärtung dieses Produkts ermöglichte es uns, Motortests am Ende der Montagelinie durchzuführen“, sagt Bill Gest, Vizepräsident für neue Produkte bei Ryobi. „Das beschleunigte unsere Markteinführung, reduzierte In-Prozess-Bestände und half uns, einen Wettbewerbsvorteil zu halten.“

Über den Autor:
Mike Shannahan ist Manager of OEM Marketing bei der Loctite Corporation, einem Henkel-Unternehmen. Henkel ist weltweit tätig mit führenden Marken und Technologien in drei Geschäftsbereichen: Wasch- & Reinigungsmittel, Kosmetik/Toilettenartikel und Klebetechnologien. 1876 gegründet, hält Henkel weltweit führende Marktpositionen in Konsum- und Industriesektoren mit bekannten Marken wie Persil, Schwarzkopf und Loctite. Henkel beschäftigte ca. 50.000 Mitarbeiter und meldete 2009 einen Umsatz von 18,86 Mrd. $ und einen bereinigten Betriebsgewinn von 1,84 Mrd. $. Weitere Informationen unter www.loctite.com.