VDW Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V.

Vom Schadensfall zur sicheren Verbindung – systematische Analyse mit MDESIGN

Schraubenverbindungen sind kleine Bauteile mit großer Verantwortung.

Wie kritisch ihr Einfluss sein kann, zeigte ein Schadensfall in einer Chemieanlage: Nach kurzer Betriebszeit brachen zwei Schrauben einer Kupplungsnabe (M16, Festigkeitsklasse 8.8). Die Bruchflächen wiesen typische Rastlinien auf – ein deutliches Zeichen für einen Ermüdungsbruch.

Für den Betreiber war klar: Die Ursache musste nachvollziehbar ermittelt und die Verbindung nach VDI 2230 überprüft werden. Ziel war, das Versagen zu verstehen, Einflüsse zu bewerten und eine dauerhaft sichere Lösung zu schaffen.

Von der Beobachtung zur Analyse

Die Schraubenverbindung arbeitete unter komplexen Bedingungen: Edelstahlkomponenten, wechselnde Temperaturen, aggressive Medien und variable Schmierung.

Montiert wurde mit festem Anziehmoment – ohne Kontrolle der tatsächlichen Reibwerte.

Genau hier lag das Risiko. Große Streuungen der Reibwerte führten zu stark variierenden Vorspannkräften. Die Folge: ungleichmäßige Belastung, wechselnde Beanspruchung und schließlich Ermüdung.

Auch exzentrische Belastungen und lokale Korrosionseffekte verstärkten die Schädigung. Die Kombination dieser Faktoren führte letztlich zum frühzeitigen Versagen der Verbindung.

Systematische Ursachenbewertung mit MDESIGN

Zur detaillierten Ursachenanalyse wurde der Schadensfall mit MDESIGN bolt nach den Schritten der VDI 2230 untersucht.

Ermittelt wurden Betriebslasten, erforderliche Klemmkraft, Reibwertstreuungen sowie Setzverluste und thermische Effekte.

Eine parametrische Analyse zeigte die hohe Sensitivität des Systems:

Bei einem Reibwert von µ = 0,08 entstand eine Vorspannkraft von rund 68 kN – bei µ = 0,16 nur etwa 36 kN.

Damit kann sich die tatsächliche Vorspannkraft bei identischem Drehmoment nahezu halbieren.

In MDESIGN lassen sich solche Analysen in wenigen Minuten durchführen – transparent, prüfbar und vollständig dokumentiert.

Vom Problem zur Optimierung

Die Berechnungen zeigten, dass das ursprüngliche Anziehmoment von 120 Nm in Kombination mit realem Reibwert µ = 0,16 zu geringer Vorspannung führte.

Die Schrauben konnten die exzentrischen Betriebskräfte nicht mehr aufnehmen und versagten infolge von Dauerbeanspruchung.

Im Anschluss wurden verschiedene Maßnahmen bewertet und umgesetzt:

• Erhöhung der Vorspannkraft auf 50–60 kN
• Bestimmung realer Reibwerte an Musterbauteilen
• Einsatz reibwertstabiler Schmierung
• Verwendung von Keilsicherungsscheiben
• Einführung eines Drehmoment-Drehwinkel-Verfahrens
• Einbau einer Zentrierhülse zur Reduktion von Querkräften

Die überarbeitete Verbindung wurde erneut mit MDESIGN berechnet und messtechnisch validiert. Die gemessenen Vorspannkräfte stimmten mit den Berechnungsergebnissen überein – der Betrieb blieb seitdem störungsfrei.

Die mit MDESIGN erstellte Dokumentation erfüllt bereits heute die Anforderungen der EU-Maschinenverordnung (EU) 2023/1230, die ab Januar 2027 verbindlich wird.

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