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Wer im Maschinenbau Schraubenverbindungen aus nichtrostendem Stahl auslegt, stützt sich auf die VDI 2230. Diese Richtlinie gilt weltweit als Referenz für die Berechnung solcher Verbindungen. Ein laufendes Forschungsprojekt legt nahe, dass die bisherigen Annahmen zur Dauerhaltbarkeit in bestimmten Fällen zu optimistisch sind.
Was das Forschungsprojekt untersucht
Das Projekt trägt den Titel „FOSTA P 1797″. Es bewertet die Dauerhaltbarkeit hoch zyklisch beanspruchter Schraube-Mutter-Verbindungen aus nichtrostendem Stahl. Die Hochschule Wismar und das Fraunhofer Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP in Rostock führen das Vorhaben gemeinsam durch. Industriepartner sind unter anderem Sonderschrauben Güldner, ein Unternehmen der Würth-Gruppe. Das Projekt läuft bis Dezember 2027 und wird über die Industrielle Gemeinschaftsforschung finanziert, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit dem DLR als Projektträger.
Ausgangspunkt waren Voruntersuchungen, die ein auffälliges Verhalten nichtrostender Schrauben zeigten. Betroffen sind vor allem austenitische und austenitisch-ferritische Werkstoffe.
Wo das Problem liegt
Bei Schrauben aus Kohlenstoffstahl kann die Konstruktion meist mit einer klar definierten Dauerfestigkeit rechnen: Unterhalb einer bestimmten Lastamplitude treten keine weiteren Brüche auf. Dieses Verhalten ist verlässlich und in der Praxis gut handhabbar.
Bei nichtrostenden Schrauben ist dieses Plateau weniger ausgeprägt oder fehlt ganz. Selbst bei sehr hohen Zyklenzahlen, weit jenseits der klassischen Dauerfestigkeitsgrenze, treten noch Brüche auf. Das Phänomen ist in der Werkstoffkunde bekannt, wurde für nichtrostende Schraubenverbindungen im Maschinenbau aber bisher nicht systematisch dokumentiert.
Konkrete Risiken für den Betrieb
Wer Schraubenverbindungen auf Basis der bekannten Dauerfestigkeitswerte auslegt, kann die tatsächliche Beanspruchbarkeit überschätzen. Daraus folgen ungeplante Ausfälle, Schäden an Bauteilen und erhöhte Instandhaltungskosten. In sicherheitsrelevanten Anwendungen, etwa in der Energietechnik oder im maritimen Bereich, kann das über einen Produktschaden hinausgehen.
Nichtrostende Schrauben werden dort eingesetzt, wo Korrosionsbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit gleichzeitig gefordert sind. Alternativen aus Kohlenstoffstahl scheiden in diesen Umgebungen oft aus.
Was bisher bekannt ist
Abschließende Ergebnisse liegen noch nicht vor. Die bisherigen Erkenntnisse zeigen, dass die bestehenden Berechnungsgrundlagen der VDI 2230 das spezifische Ermüdungsverhalten austenitischer Schrauben nicht vollständig erfassen. Für Konstrukteure und Einkäufer ergibt sich daraus Handlungsbedarf, sobald die Projektergebnisse vorliegen.
Sonderschrauben Güldner hat als Industriepartner Erfahrungswerte und Praxisdaten in das Projekt eingebracht. Die Einbindung eines spezialisierten Herstellers soll sicherstellen, dass die Forschungsergebnisse praxistauglich formuliert werden.
Fazit
Das Projekt „FOSTA P 1797″ adressiert eine konkrete Lücke im Regelwerk für Schraubenverbindungen. Die bisherigen Hinweise auf unterschätztes Versagensrisiko bei nichtrostenden Schrauben sind relevant für alle Betriebe, die solche Verbindungen unter dynamischer Last einsetzen. Wer Anlagen oder Maschinen mit hohen Lastwechselzahlen betreibt und dabei auf austenitische oder austenitisch-ferritische Schrauben setzt, sollte die Projektergebnisse bis Ende 2027 verfolgen. Bis dahin empfiehlt sich eine kritische Überprüfung der Sicherheitszuschläge in der Auslegung, gegebenenfalls in Abstimmung mit Fachplanern.
