Sechskantschrauben mit Kopfbohrung für die Bahntechnik

Sechskantschrauben mit Kopfbohrung können in Schraubverbindungen eingesetzt werden, bei denen ein Sicherungsdraht das unbeabsichtigte Losdrehen verhindern soll. Die Bohrung kann auch zur Anbringung einer Manipulationssicherung dienen.

In der Bahntechnik sind bestimmte Schraubverbindungen Vibrationen und wechselnden Belastungen ausgesetzt. Deshalb müssen die Geometrie und die mechanischen Eigenschaften der Schrauben genau auf die konstruktiven Anforderungen abgestimmt sein.

Zwei Schrauben, die EFS für diesen Bereich geliefert hat, sind ein gutes Beispiel dafür. Beide besitzen einen Sechskantkopf mit Querbohrung und ein Teilgewinde. Auf den ersten Blick sehen sie nahezu identisch aus. Tatsächlich unterscheiden sie sich jedoch in sechs technischen Merkmalen. Einige sind sichtbar, andere lassen sich nur anhand technischer Spezifikationen und Prozessdokumentationen überprüfen.

Wozu dient die Querbohrung im Sechskantkopf?

Die Querbohrung im Sechskantkopf kann zur Aufnahme eines Sicherungsdrahtes verwendet werden. Diese mechanische Schraubensicherung kommt bei Verbindungen zum Einsatz, die Vibrationen ausgesetzt sind.

Der Draht wird durch die Bohrung geführt und an einer weiteren Schraube oder einem geeigneten Befestigungspunkt gesichert. Bei fachgerechter Montage verhindert er weitgehend eine Drehbewegung der Schraube in Löserichtung. Dadurch verringert sich das Risiko eines unbeabsichtigten Losdrehens. Allerdings ersetzt der Sicherungsdraht weder das korrekte Anziehen der Schraube noch gewährleistet er die Aufrechterhaltung der erforderlichen Vorspannkraft.

Die beiden von EFS gelieferten Schrauben besitzen jeweils eine Querbohrung im Sechskantkopf. Die Bohrungsdurchmesser unterscheiden sich jedoch: Sie betragen etwa 2–3 mm bei der ersten und 4–5 mm bei der zweiten Schraube.

Die Bohrung kann auch einem anderen Zweck dienen: der Anbringung einer Plombierung als Manipulationssicherung. Dabei wird ein Draht oder ein dünnes Sicherungsseil mit einer Plombe versehen. So lassen sich mögliche unbefugte Eingriffe nach einer Inspektion oder Wartung erkennen.

Durchmesser und Position der Bohrung müssen daher der technischen Zeichnung entsprechen. Außerdem müssen sie mit dem vorgesehenen Sicherungssystem kompatibel sein.

Welche Unterschiede bestehen bei Geometrie und Abmessungen?

Die Kopfbohrung ist nur eines der Merkmale, in denen sich die beiden Schrauben für die Bahntechnik unterscheiden.

Die erste Schraube hat einen Nenndurchmesser von M16 und eine Länge von 130 mm. Die zweite misst M18 × 152 mm. Dadurch unterscheiden sich der tragende Querschnitt, die erforderlichen Durchmesser der Aufnahmebohrungen und die Abmessungen der gesamten Schraubverbindung.

Beide Schrauben besitzen ein Teilgewinde. Die Länge des gewindefreien Schafts muss auf die Geometrie der Verbindung abgestimmt sein. Dies ist besonders wichtig, wenn der Schaft ohne Gewinde bestimmte Scherebenen durchqueren soll.

Weitere Informationen zu dieser Ausführung und den entsprechenden Maßnormen finden Sie auf der EFS-Produktseite über industrielle Sechskantschrauben.

Festigkeitsklassen der beiden Sechskantschrauben mit Kopfbohrung

Neben den geometrischen Unterschieden gibt es ein weiteres, zunächst weniger auffälliges Merkmal: die Festigkeitsklasse.

Eine Schraube gehört zur Festigkeitsklasse 8.8, die andere zur Festigkeitsklasse 10.9 gemäß ISO 898-1.

Die Nennzugfestigkeit steigt von 800 MPa bei der Klasse 8.8 auf 1.000 MPa bei der Klasse 10.9. Auch die Streckgrenze und die mechanischen Anforderungen an die Schrauben unterscheiden sich.

Eine höhere Festigkeitsklasse ist jedoch nicht automatisch die bessere Wahl. Entscheidend sind die vorgesehenen Belastungen, die erforderliche Vorspannkraft, die Geometrie der Verbindung und die Betriebsbedingungen.

Bei vibrationsbelasteten Schraubverbindungen müssen außerdem das Ermüdungsverhalten und die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Klemmkraft berücksichtigt werden.

Blau und irisierend verzinkt: Wo liegt der Unterschied?

Ein weiterer sichtbarer Unterschied zwischen den beiden Sechskantschrauben mit Kopfbohrung betrifft die Oberflächenbehandlung.

Eine Schraube besitzt eine galvanisch blau verzinkte Oberfläche. Die andere weist eine irisierende Zinkbeschichtung mit leicht gelblichen Reflexen auf.

Bei der galvanischen Verzinkung wird eine Zinkschicht auf die Stahloberfläche aufgebracht, um sie vor Korrosion zu schützen. Die endgültige Farbgebung hängt hauptsächlich von der anschließenden Konversionsbehandlung ab.

Aus der unterschiedlichen Farbe allein lässt sich jedoch nicht ableiten, welche Beschichtung einen höheren Korrosionsschutz bietet.

Für einen zuverlässigen Vergleich müssen die Zinkschichtdicke, die Art der Passivierung, mögliche zusätzliche Versiegelungen und die Anforderungen der technischen Spezifikation berücksichtigt werden.

Auch die Reibungseigenschaften der Oberfläche spielen eine Rolle, wenn sie das Verhältnis zwischen Anziehdrehmoment und Vorspannkraft beeinflussen.

Ein EFS-Anwendungsbeispiel zu diesem Thema sind verzinkte B7-Gewindebolzen und 2H-Muttern mit irisierender Oberfläche. Für diese Lieferung war eine galvanische Verzinkung nach ASTM B633 Fe/Zn 12 Type II vorgeschrieben.

Bei den beiden Schrauben für die Bahntechnik kommt zur unterschiedlichen Oberflächenbehandlung auch die abweichende Festigkeitsklasse hinzu. Diese Kombination führt zu einer weiteren technischen Anforderung, die am fertigen Bauteil nicht zu erkennen ist.

Wasserstoffentsprödung bei Schrauben der Festigkeitsklasse 10.9: Der unsichtbare Unterschied

Der sechste Unterschied betrifft eine Behandlung, die für die Schraube der Festigkeitsklasse 10.9 vorgesehen ist: die Wasserstoffentsprödung.

Bei bestimmten Schritten der Oberflächenvorbehandlung und der galvanischen Verzinkung kann Wasserstoff in den Stahl eindringen. Bei besonders anfälligen Bauteilen kann dies zu Wasserstoffversprödung führen. Unter Zugbeanspruchung besteht dann das Risiko eines zeitverzögerten Sprödbruchs.

Die Anfälligkeit hängt vor allem von der mechanischen Festigkeit, der Härte, dem Spannungszustand und den Bedingungen des Fertigungsprozesses ab.

Um dieses Risiko zu reduzieren, können zusätzliche Prozesskontrollen durchgeführt werden. Falls erforderlich, erfolgt außerdem eine kontrollierte Wärmebehandlung, das sogenannte Tempern zur Wasserstoffentsprödung. Dabei wird die Diffusion von Wasserstoff aus dem Werkstoff gefördert.

Die ISO 4042:2022 für galvanisch aufgebrachte Überzugssysteme auf Verbindungselementen legt Maßnahmen zur Verringerung des Risikos einer Wasserstoffversprödung fest. Diese richten sich nach den mechanischen Eigenschaften der Bauteile.

Für Schrauben der Festigkeitsklasse 10.9 sieht die Norm zusätzliche Prozessüberprüfungen oder Produktprüfungen und/oder eine Wärmebehandlung zur Wasserstoffentsprödung vor. Welche Maßnahmen erforderlich sind, hängt von den jeweils anwendbaren Bedingungen ab. Für die Festigkeitsklasse 8.8 sind diese zusätzlichen Maßnahmen normalerweise nicht notwendig.

Bei den beiden EFS-Schrauben ist die Wasserstoffentsprödung als erforderliche Behandlung für die Schraube der Festigkeitsklasse 10.9 angegeben.

Anders als die übrigen fünf Merkmale ist diese Behandlung am fertigen Bauteil nicht sichtbar. Wenn sie vorgeschrieben ist, muss ihre Durchführung anhand der entsprechenden Prozessdokumentation nachgewiesen werden.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel finden Sie im EFS-Beitrag über Torx-Schrauben für Nutzfahrzeuge und Landmaschinen. Dort werden Bauteile mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen verglichen, darunter galvanische Verzinkung und Wasserstoffentsprödung.

Sechs Unterschiede, eine gemeinsame Anforderung: Zeichnungskonformität

Die beiden Schrauben für die Bahntechnik zeigen, wie unterschiedlich die technischen Anforderungen an scheinbar ähnliche Verbindungselemente sein können.

EFS übernimmt bei solchen Aufträgen die Gesamtkoordination der Lieferkette. Das Unternehmen prüft die technischen Spezifikationen, wählt geeignete Hersteller und Fertigungsverfahren aus und koordiniert Bearbeitungsschritte sowie Oberflächenbehandlungen. Zudem überprüft EFS, ob die gelieferten Bauteile die vereinbarten Anforderungen erfüllen.

Bei Sechskantschrauben mit Kopfbohrung betrifft die Kontrolle die Abmessungen, die Geometrie der Bohrung, die Festigkeitsklasse, die Beschichtung und die vorgeschriebenen Behandlungen.

Fünf Unterschiede lassen sich direkt am Bauteil erkennen oder messen. Der sechste erfordert die Überprüfung des Fertigungsprozesses.