Womit füllt man ein Loch, in dem die Schraube durchdreht?

Die Frage, dreiundachtzigtausendmal gelesen

„Was kann ich als Gewinde-Festiger für eine durchdrehende Schraube verwenden?“ wurde auf DIY Stack Exchange über 83.000-mal aufgerufen. Der Instinkt ist richtig: Die Schraube dreht und dreht und zieht nie an, also muss der Spalt gefüllt werden. Irgendetwas muss ihn füllen.

Drei der vier üblichen Kandidaten tun es nicht, und jeder scheitert aus einem anderen Grund, den man kennen sollte.

Schraubensicherung: Die Werte messen das Losdrehen

Eine anaerobe Schraubensicherung härtet zu einem klebenden Feststoff aus, sie tut also mehr, als nur Reibung hinzuzufügen. Aber sehen Sie sich an, was ihr Datenblatt tatsächlich angibt. LOCTITE 243 auf einer M10-Stahlpaarung ergibt ein Losbrechmoment von 22 N·m und ein Weiterdrehmoment von 9 N·m. Diese Werte stammen aus ISO 10964, die die Prüfung als Vergleich der Sicherungswirkung einordnet: Das Losbrechmoment ist das Drehmoment, um die Verklebung zu lösen und die Mutter zum ersten Mal zu drehen; das Weiterdrehmoment ist der anhaltende Widerstand beim Losdrehen.

Beide messen den Widerstand gegen Drehung. Keiner ist eine axiale Last. Und die Proben in dieser Prüfung liegen gar nicht an einer geklemmten Verbindung an, die Zahl enthält also von vornherein keine Vorspannkraft. ASTM D5363, die Anaerobe klassifiziert, sagt ausdrücklich, dass sie nicht für die Konstruktionsauslegung bestimmt ist.

PTFE-Band: Die Zahl ist ein Flüssigkeitsdruck

Band und Rohrgewindedichtmittel sind dafür spezifiziert, kegelige Rohrgewinde abzudichten und bei der Montage als Gleitmittel gegen Kaltverschweißen zu wirken. Ein kegeliges Gewinde dichtet durch Flankenüberdeckung, und das Band füllt die kleinen schraubenförmigen Kanäle an Spitze und Grund, damit sich die Flüssigkeit nicht entlang ihnen bewegen kann.

Wenn ein Datenblatt für ein Dichtmittel 5000 psi angibt, ist das der Druck des Flüssigkeitssystems, gegen den es abdichtet. Es ist weder eine Zug- noch eine Scherfestigkeit und keine Ausreißangabe für das Gewinde. Eine axiale Lastangabe haben wir für diese Produkte überhaupt nicht gefunden.

Und daher kommt die Intuition. Band auf einem Rohrgewinde lässt es tatsächlich fester wirken, also überträgt man diese Erfahrung. Diese Festigkeit ist aber die Überdeckung eines kegeligen Gewindes plus das in das Spiel gepresste Band — bei einem zylindrischen metrischen Gewinde gibt es keinen Kegel, der sich überdecken könnte. Auch Hersteller von Verschraubungen empfehlen Band oder Dichtmittel bei zylindrischen Gewinden nicht als Dichtmethode; diese dichten mit einer Dichtung, einem O-Ring oder einer Metallfläche.

Für diesen letzten Punkt gibt es eine Primärquelle, die uns beim Schreiben dieser Seite noch nicht vorlag. Der Anwendungsbereich von ISO 228-1 sagt, dass ihre zylindrischen Rohrgewinde nicht als dichtende Gewinde geeignet sind und dass Druckdichtheit durch das Zusammenpressen zweier Anzugsflächen außerhalb des Gewindes mit einer Dichtung dazwischen erreicht werden soll. Wir haben das gelesen, neben der Norm, deren Titel derselbe Satz ohne das Wort „nicht“ ist, in die Dichtung sitzt außerhalb des Gewindes.

Metallgefülltes Epoxid: bearbeitbar heißt nicht lastbewertet

Allgemeine metallgefüllte Spachtelmassen geben oft an, dass sie nach dem Aushärten gebohrt, mit Gewinde versehen und bearbeitet werden können. Das ist eine Aussage über die Bearbeitbarkeit. Sie sagt, dass der Werkstoff unter einem Gewindebohrer eine Gewindeform behält. Sie sagt nicht, was dieses Gewinde unter einer Schraube hält.

Wir haben keine allgemeine Norm gefunden, die einer beliebigen Epoxidspachtelmasse, nach dem Aushärten mit Gewinde versehen, bescheinigt, dass sie die ursprüngliche Gewindegüte oder die ursprüngliche Prüfkraft wiederherstellt. Wenn das Datenblatt keine Drehmoment- oder Ausreißangabe für reparierte Gewinde enthält, gibt es eine solche Angabe für dieses Produkt nicht.

Die Ausnahme, und das ist der nützliche Teil

Nun der Teil, der uns davon abhielt, „nichts funktioniert“ zu schreiben.

Es gibt eigens dafür gedachte Reparaturprodukte für ausgerissene Gewinde, und sie veröffentlichen eine Zahl. LOCTITE PC 3967 wird ausdrücklich als Reparaturset für ausgerissene Gewinde verkauft und tabelliert ein maximal empfohlenes Drehmoment für das reparierte Gewinde, nach Größe:

Ein vergleichbares Set von Permatex nennt zusätzlich einen Einsatztemperaturbereich von −54 bis 149 °C. Beachten Sie auch, dass PC 3967 ein Dimethacrylatester ist und nicht das Zweikomponenten-Epoxid, das man sich meist vorstellt.

Der Unterschied zwischen den Produkten, die hier funktionieren, und denen, die es nicht tun, liegt also nicht in der Chemie. Er liegt darin, ob jemand eine Zahl für diesen Einsatz veröffentlicht hat. Das ist ein Test, den man in der Werkstatt vor dem Regal anwenden kann, ganz ohne Chemiekenntnisse: Nennt das Datenblatt eine Zahl für reparierte Gewinde, in der Größe, die Sie haben?

Was diese Zahl nicht ist

Lesen Sie die obigen Werte als das, was sie sind: das vom Produkt selbst maximal empfohlene Montagedrehmoment. Sie sind nicht die Prüfkraft des ursprünglichen Gewindes, und sie versetzen die Verbindung nicht in den Zustand, den die Zeichnung vorausgesetzt hat. Die typischen Anwendungen, die die Hersteller nennen, sind Ölwannen, Ventildeckel und Getriebegehäuse — Dicht- und Haltefunktionen, keine tragende Primärstruktur.

Der Grund liegt darin, wie die Tragfähigkeit eines Gewindes überhaupt berechnet wird. Das Handbuch der NASA zur Auslegung von Verbindungselementen berechnet das Ausreißen aus der Scherfestigkeit des Grundwerkstoffs, dem mittleren Gewindedurchmesser und der wirksamen Einschraublänge. Jeder dieser Terme ist Metall. Eine Reparatur, die kein Metall zurückbringt, bringt auch diese Terme nicht zurück — deshalb funktionieren die richtigen Reparaturen, indem sie das beschädigte Gewinde im Grundwerkstoff entfernen und ein neues vollständiges herstellen, und deshalb landet die Last dort, wo jetzt der erste intakte Gewindegang sitzt.

Wofür Schraubensicherung tatsächlich da ist, steht unter Schraubensicherung. Wo die Gewindewahl in der größeren Reihenfolge steht, steht unter eine Schraube spezifizieren (englisch).

Quellen

• ISO 10964 — anaerobe Klebstoffe: Bestimmung der Drehmomentfestigkeit (Sicherungswirkung)
• ASTM D5363 — Klassifizierung anaerober Klebstoffe; nach eigener Angabe nicht für die Konstruktionsauslegung bestimmt
• Technische Datenblätter LOCTITE 243 und 277 — Losbrech- und Weiterdrehmoment; kontrollierte Klebespalte; Scherung mit Bolzen und Buchse für Fügeklebstoffe
• Reparaturset LOCTITE PC 3967 für ausgerissene Gewinde — maximal empfohlenes Drehmoment nach Größe
• Reparaturset von Permatex für ausgerissene Gewinde und Daten zum PTFE-Gewindedichtmittel
• Swagelok — kegelige und zylindrische Gewinde; Dichtmethoden
• NASA RP-1228 — Fastener Design Manual, Berechnung des Gewindeausreißens
• „What can I use as a thread tightener compound for a free-running bolt?“, DIY Stack Exchange

Diese Seite erklärt, was veröffentlichte Produktwerte abdecken und was nicht. Für jede tatsächliche Reparatur ist das Datenblatt des jeweiligen Produkts für Ihre Größe, Ihren Werkstoff, Ihre Temperatur und Ihre Last maßgebend.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 2: Gewinde. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Kann Schraubensicherung ein ausgerissenes Gewinde reparieren?

Nicht nach dem, wofür ihr Datenblatt sie bewertet. Werte von Schraubensicherungen wie ein Losbrechmoment von 22 Newtonmetern und ein Weiterdrehmoment von 9 Newtonmetern für LOCTITE 243 an M10 stammen aus ISO 10964, die den Widerstand gegen das Losdrehen misst statt einer axialen Last, an Proben, die nicht in einer Verbindung geklemmt sind. ASTM D5363, die Anaerobe klassifiziert, sagt, dass sie nicht für die Konstruktionsauslegung bestimmt ist. Für ein repariertes Gewinde wird weder eine Prüfkraft noch ein Ausreißwert veröffentlicht.

Hält eine lose Schraube mit PTFE-Band?

Nein. Band und Rohrgewindedichtmittel sind dafür spezifiziert, kegelige Rohrgewinde abzudichten und Kaltverschweißen bei der Montage zu verhindern. Nennt ein Dichtmittel einen Wert wie 5000 psi, ist das der Flüssigkeitsdruck, gegen den es abdichtet, keine Zug- oder Scherfestigkeit. Dass Band ein Rohrgewinde scheinbar fester macht, liegt an der Flankenüberdeckung des kegeligen Gewindes, die ein zylindrisches metrisches Gewinde nicht hat.

Kann ich das Loch mit Metall-Epoxid füllen und ein Gewinde schneiden?

Allgemeine metallgefüllte Spachtelmassen geben oft an, dass sie nach dem Aushärten gebohrt und mit Gewinde versehen werden können; das ist eine Aussage über die Bearbeitbarkeit, nicht über die Tragfähigkeit. Wir haben keine allgemeine Norm gefunden, die einer beliebigen Epoxidspachtelmasse, nach dem Aushärten mit Gewinde versehen, die Wiederherstellung der ursprünglichen Gewindegüte oder Prüfkraft bescheinigt. Wenn das Datenblatt kein Drehmoment für reparierte Gewinde nennt, gibt es für dieses Produkt keines.

Gibt es also etwas, das funktioniert?

Ja. Eigens dafür gedachte Reparatursets für ausgerissene Gewinde veröffentlichen ein maximal empfohlenes Drehmoment für das reparierte Gewinde nach Größe: LOCTITE PC 3967 nennt 2,6 Newtonmeter bei M6, 5,1 bei M8, 9,3 bei M10, 21,8 bei M12 und 173,8 bei M25 gegen Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8. Ein vergleichbares Set von Permatex nennt zusätzlich einen Einsatzbereich von minus 54 bis 149 Grad Celsius. Der Unterschied zu den Produkten, die nicht funktionieren, ist nicht die Chemie; er besteht darin, dass jemand eine Zahl für diesen Einsatz veröffentlicht hat.

Stellt ein Reparaturset die ursprüngliche Festigkeit wieder her?

Nein, und die Werte behaupten das auch nicht. Sie sind das vom Produkt selbst maximal empfohlene Montagedrehmoment, nicht die Prüfkraft des ursprünglichen Gewindes. Typische genannte Anwendungen sind Ölwannen, Ventildeckel und Getriebegehäuse. Das Gewindeausreißen wird aus der Scherfestigkeit des Grundwerkstoffs, dem mittleren Gewindedurchmesser und der wirksamen Einschraublänge berechnet, alles Eigenschaften von Metall; eine Reparatur, die kein Metall zurückbringt, stellt sie nicht wieder her.