Bei Schraubverbindungen kommt es häufig zu einem Versagen, dem sogenannten Ermüdungsbruch. Ermüdungsbrüche treten meist unter Vibrationsbedingungen auf. Wie bei der Wasserstoffversprödung handelt es sich um einen plötzlichen Ausfall, und die derzeitige Technologie kann nicht im Voraus vorhersagen, wann eine Schraube aufgrund von Ermüdung bricht. Deshalb müssen wir von Anfang an vorbeugende Maßnahmen ergreifen.
Jede Schraube hat eine Lebensdauer. Obwohl Schrauben wiederverwendbar sind, sind sie nicht für eine unbegrenzte Nutzungsdauer gedacht. Wenn Schrauben in bestimmten Umgebungen ständig starken oder wechselnden Belastungen ausgesetzt sind, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit eines Ermüdungsbruchs erheblich. Solche Brüche können schwere Schäden an Produktionsanlagen verursachen und sogar zu Sicherheitsunfällen führen.
Warum kommt es bei Schrauben zu Ermüdungsbrüchen? Die in der Branche weithin akzeptierte Erklärung lautet: Aufgrund der Unterschiede zwischen der Serviceumgebung derBolzenund dem Grundmaterial der verbundenen Teile sowie Variationen in Form und Größe beweglicher Komponenten kann eine übermäßige Vorspannung der Schraube zu einer ungleichmäßigen lokalen Spannungsverteilung führen. Bei ständiger Wechselbelastung und ungenügender Duktilität des Materials bilden sich nach und nach Mikrorisse im Inneren der Schraube. Wenn diese unsichtbaren Risse einen kritischen Punkt erreichen, bricht der Bolzen plötzlich. Für das bloße Auge scheint es sich um einen augenblicklichen Bruch zu handeln, aber in Wirklichkeit entwickelt er sich langsam im Laufe der Zeit. Der Prozess ist wie folgt: Beim Einbau entstehen Spannungskonzentrationspunkte, das Grundmaterial der Schraube reißt nach und nach, nach einiger Zeit treten kleine Risse auf und sobald der kritische Zustand erreicht ist, kommt es zu einem plötzlichen Bruch.
Dies ist einer der Gründe, warum vor der Verwendung von Schrauben Zugfestigkeitsprüfungen erforderlich sind. Obwohl ein Zugversuch nicht lange dauert, ermöglicht er eine grundlegende Beurteilung der Schraube anhand der Bruchstelle und der Bruchkraft. Wenn das Bruchmoment während der Prüfung zu niedrig ist, wird die Verwendung dieser Schraubencharge nicht empfohlen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Temperaturänderung in der Umgebung. Wenn die Betriebstemperatur zu hoch oder zu niedrig ist oder stark schwankt, verkürzt sich die Lebensdauer der Schraube erheblich. In Kombination mit der korrosiven Wirkung von Luft ist die Gefahr eines Ermüdungsbruchs sehr hoch.
Diese Fehlerfaktoren werden hauptsächlich durch eine unzureichende Anpassungsfähigkeit des Materials an die Umgebung verursacht. Wir können Produktionsprozesse entsprechend verbessern, um das Risiko von Ermüdungsbrüchen zu verringern. Wenn die Bedingungen es zulassen, können Schrauben vor dem Gewindewalzen wärmebehandelt werden (der Standardprozess ist zuerst das Gewindewalzen und dann die Wärmebehandlung). Alternativ,Vollgewindebolzenkönnen durch Teile mit Gewinde ersetzt werden, da der glatte Schaftabschnitt eine viel höhere Ermüdungsbeständigkeit aufweist als der Gewindeabschnitt.
