Schraubverbindungen zählen zu den meistverwendeten, aber oft unterschätzten Konstruktionselementen im Maschinenbau. Ihre Zuverlässigkeit hat direkten Einfluss auf die Sicherheit und Verfügbarkeit einer Anlage. Versagen sie, drohen Stillstände, hohe Instandhaltungskosten und im schlimmsten Fall Produktionsausfälle.

Ein mittelständisches Maschinenbauunternehmen stand genau vor dieser Situation: In einer automatisierten Fertigungslinie traten über Monate hinweg wiederkehrende Schraubenbrüche und Lockerungen auf, insbesondere an hochbelasteten Verbindungspunkten zwischen Antriebsgehäuse und Lagerbock. Trotz regelmäßiger Wartung und Nachziehen der Verbindungen blieb die Problematik bestehen.

Analyse der Ursachen

Im Rahmen eines Optimierungsprojekts wurde die Situation systematisch untersucht. Zunächst erfolgte eine Auswertung der bisherigen Berechnungs- und Montageunterlagen. Dabei zeigte sich, dass viele der vorhandenen Verbindungen nach Erfahrungswerten dimensioniert worden waren. Teils deutlich überdimensioniert, teils mit unzureichend definierten Vorspannkräften.

Zur objektiven Bewertung wurden die Schraubverbindungen anschließend mithilfe einer softwaregestützten Berechnung, unter anderem gemäß VDI 2230, analysiert. Entscheidend war hierbei die exakte Abbildung der Lastfälle, einschließlich wechselnder Betriebsbelastungen und Temperatureinflüsse.

Der Weg zur Optimierung

Die Berechnungen lieferten eine klare Grundlage für technische Anpassungen:

• Geometrische Optimierung: Durch Anpassung der Schraubenlänge und der Anlageflächen konnten Setzerscheinungen reduziert werden.

• Materialkombination: Die bisherige Paarung aus Vergütungsstahl und Aluminium wurde durch eine geeignetere Kombination ersetzt, wodurch sich das Fließverhalten verbesserte.

• Vorspannkräfte: Über Simulationen wurden optimale Anziehmomente definiert, um die Vorspannkraft im Betrieb stabil zu halten.

• Montageprozesse: Durch Einführung eines dokumentierten Anzugsverfahrens mit Drehmoment-/Drehwinkelüberwachung ließ sich die Montagequalität signifikant erhöhen.

Berechnungen und Simulationen zeigten, dass viele der zuvor eingesetzten Schrauben überdimensioniert waren. Durch gezielte Anpassungen konnte die Belastbarkeit um bis zu 40 % gesteigert werden, bei gleichzeitig geringerem Materialeinsatz.

Das Ergebnis

Die Umsetzung der Maßnahmen zeigte innerhalb weniger Produktionszyklen messbare Ergebnisse:

• Die Ausfallrate der Schraubverbindungen sank um 81,1 %.

• Die Materialkosten reduzierten sich um 23,8 %.

• Gleichzeitig verbesserte sich die Montageeffizienz, da die klar definierten Anzugswerte Streuungen minimierten.

In Summe führte die Optimierung zu einer deutlich höheren Anlagenverfügbarkeit und einer langfristigen Senkung der Instandhaltungskosten.

Fazit

Das Beispiel zeigt, wie groß der Einfluss einer fundierten Schraubenberechnung auf die Gesamtzuverlässigkeit einer Konstruktion sein kann. Durch den Einsatz moderner Berechnungssoftware lassen sich Lastverteilungen, Vorspannungen und Werkstoffverhalten präzise erfassen. Also Schwachstellen erkennen, bevor sie zum Problem werden.

Wer Schraubverbindungen systematisch analysiert und nach VDI 2230 auslegt, steigert nicht nur die technische Sicherheit, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Produkte.