Kolsterisierte Edelstahl-Verbindungselemente halten länger sicher

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AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Um die Zuverlässigkeit von kolsterisierten Schraubverbindungen zu prüfen, wurden unbehandelte und kolsterisierte Schrauben mit unterschiedlichen Anzugsmomenten hundert trockenen Installationszyklen unterzogen. Danach wurden sie optisch hinsichtlich ihrer Verschleißerscheinungen untersucht. Eine Auflistung der Versuchsparameter und Ergebnisse ist der Tabelle in der Bildergalerie zu entnehmen. Die verwendeten Sechskantschrauben (Außendurchmesser: 1/2"-13) und dazugehörigen Muttern aus V4A-Qualität (ASTM F593G) weisen ein empfohlenes Drehmoment unter Trockeninstallation von 73 Nm auf.

Die Tabelle macht deutlich, dass die unbehandelten Schraubverbindungen (S1 bis S5) bereits mit geringem Drehmoment Verschleiß zeigten. Bei einem Drehmoment von 147 Nm setzte sich die Schraubverbindung durch Kaltverschweißen fest. Diese Verbindung konnte dann nicht mehr gelöst werden. Die durch das Kolsterisieren oberflächengehärteten Schrauben (S6 bis S8) hingegen wiesen selbst bei einem Anzugsmoment von 183 Nm, was 100 % der Streckgrenze (min. ≈448 MPa) entspricht, keine oder nur marginale Schäden am Gewinde auf. Diese Schraubverbindungen konnten problemlos gelöst und wieder montiert werden.

Bildergalerie

Die Flanke der unbehandelten S1-Schraube (links) zeigt adhäsiven Verschleiß und ein mögliches Kaltverschweißen nach einem Anzugsmoment von 73 Nm. Mit einem solchen Grad des Verschleißes wird sie die gewünschte Klemmkraft bei einem vorgegebenen Drehmoment nicht erreichen. Die kolsterisierte Gewindeflanke daneben zeigt nach mehrmaliger Installation mit 2,5-fach höherem Drehmoment (183 Nm) aber noch eine glatte und unveränderte Oberfläche. (Bild: Bodycote)

Bild 2: Gradueller Verlauf des Kohlenstoffgehaltes und der Härte von der Werkstoffoberfläche in das Grundmaterial. Die niedrigen Prozesstemperaturen beim Kolsterisieren (

Bild 3: Tabellarische Zusammenfassung der Versuchsergebnisse.(Bild: Bodycote)

Im Bild 4 sind SEM-Aufnahmen der Gewindeflankenoberflächen einer unbehandelten (S1) und kolsterisierten (S8) Schraube nach mehrfacher Installation dargestellt. Es ist erkennbar, dass die unbehandelte Schraube (S1) einen deutlich adhäsiven Verschleiß auf der Gewindeflanke aufweist, wohingegen die kolsterisierte Schraube (S8) keine Veränderung der Oberflächenstruktur zeigt. Ergänzend sei gesagt, dass in dieser Versuchsreihe nur die Schrauben kolsterisiert worden sind und der Gegenpart der Schraubenverbindung unbehandelt blieb. Dies zeigt, dass sich eine erhebliche Verbesserung des Verschleißverhaltens einstellt, auch wenn nur ein Verbindungselement kolsterisiert ist.

Fazit:

Das Kolsterisieren stellt somit ein geeignetes Verfahren dar, um eine sichere Klemmverbindung zu generieren. Zusätzlich können höhere Anzugsmomente gewählt oder kleinere Schraubverbindungen zur Erfüllung von Verbindungsaufgaben genutzt werden, ohne dass Verschleiß auftritt.

Literatur

[1] Nutek, Inc. (2014), Design and Behavior of Bolted Joints, Bloomfield Hills, MI, USA.

[2] https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/die-richtige-schraubensicherung-waehlen-a-378848/

(ID:46650902)

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Stand: 08.12.2025

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