Wer im Maschinenbau Schraubenverbindungen aus nichtrostendem Stahl auslegt, verlässt sich auf die VDI 2230 - und damit auf Annahmen, die möglicherweise zu optimistisch sind. Genau das legt ein laufendes Forschungsprojekt nahe, das Industriepartner und Hochschulen gemeinsam vorantreiben. Die Konsequenzen betreffen jeden Betrieb, der austenitische oder austenitisch-ferritische Schrauben unter dynamischer Last einsetzt.
Das Problem: Eine Wissenslücke im Regelwerk
Nichtrostende Schrauben werden überall dort eingesetzt, wo mechanische Belastbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit gleichzeitig gefordert sind - im Maschinen- und Anlagenbau, in der Energietechnik, in maritimen Umgebungen.[1] Die Auslegung solcher Verbindungen erfolgt standardmäßig nach der VDI 2230 Blatt 1 (Stand 2015), die weltweit als Referenzwerk für die Berechnung von Schraubenverbindungen gilt.[1]
Das Problem: Die Dauerhaltbarkeit bei Schraube-Mutter-Verbindungen aus nichtrostenden Werkstoffen war bisher nur unzureichend untersucht und dokumentiert.[1] Wer also eine Verbindung nach VDI 2230 auslegt, rechnet mit Kennwerten, deren empirische Basis für nichtrostende Stähle dünn ist. Das ist kein akademisches Randproblem - es ist eine Lücke im Fundament jeder sicherheitsrelevanten Konstruktion, die unter zyklischer Last steht.
Erste Ergebnisse des Projekts FOSTA P 1797 deuten darauf hin, dass die Schwingfestigkeit nichtrostender Schraubenverbindungen im Bereich hoher Zyklenzahlen überschätzt wird. Konstrukteure sollten ihre Sicherheitszuschläge kritisch überprüfen — insbesondere bei austenitischen und austenitisch-ferritischen Werkstoffen.
Das Projekt: Hochschule Wismar, Fraunhofer IGP und Sonderschrauben Güldner
Das Forschungsvorhaben trägt den Titel "FOSTA P 1797 - Beurteilung der Dauerhaltbarkeit hoch zyklisch beanspruchter Schraube-Mutter-Verbindungen aus nichtrostendem Stahl für den Maschinenbau" und läuft noch bis Dezember 2027.[1] Durchgeführt wird es gemeinsam von der Hochschule Wismar und dem Fraunhofer Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik (IGP) in Rostock.[1] Finanziert wird das Vorhaben über die Industrielle Gemeinschaftsforschung, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit dem DLR als Projektträger.[1]
Als Industriepartner ist Sonderschrauben Güldner eingebunden - ein Niederstettener Spezialist für Sonderschrauben und Verbindungselemente, der seit mehr als 45 Jahren zur Würth-Gruppe gehört.[1] Das Unternehmen bringt Fertigungserfahrung und Praxisdaten ein, damit die Forschungsergebnisse am Ende nicht im Labor stecken bleiben, sondern in reale Auslegungsregeln einfließen können.[1]
Photo: Edge2Edge Media / UnsplashWas untersucht wird - und warum es komplex ist
Die Untersuchungen laufen als Schwingfestigkeitsversuche: Schraube-Mutter-Verbindungen werden unter realitätsnahen Bedingungen zyklisch belastet.[1] Dabei stehen sechs Einflussfaktoren im Mittelpunkt:[1]
- Stahlsorte und Festigkeitsklasse
- Fertigungsprozess (z. B. CNC-Drehen oder -Fräsen)
- Herstellereinfluss
- Größeneinfluss
- Schmierung
- Mittelspannung
Dass all diese Faktoren gleichzeitig variieren, macht die Datenlage für nichtrostende Stähle so schwierig. Bei Kohlenstoffstählen kann die Konstruktion in der Regel mit einer klar definierten Dauerfestigkeit rechnen: Unterhalb einer bestimmten Lastamplitude treten keine weiteren Brüche auf.[1] Bei nichtrostenden Schrauben ist dieses Bild weniger eindeutig.
Die erste Erkenntnis: Brüche auch bei hohen Zyklenzahlen
Erste Ergebnisse des Projekts deuten darauf hin, dass bei nichtrostenden Schrauben selbst im Bereich hoher Zyklenzahlen noch Brüche auftreten können - ein Verhalten, das bei Kohlenstoffstählen so nicht erwartet wird.[1] Betroffen sind vor allem austenitische und austenitisch-ferritische Werkstoffe.[1]
Für die Praxis bedeutet das: Bestehende Annahmen könnten zu optimistisch sein - mit direkten Auswirkungen auf Bauteilsicherheit und Auslegung.[1] Die Konsequenzkette ist direkt: Überschätzte Schwingfestigkeit führt zu unzureichenden Sicherheitszuschlägen, diese führen zu frühzeitigen und unvorhergesehenen Schäden.[1] Neben dem Sicherheitsrisiko entstehen Kosten für Schadensbeseitigung und - durch verkürzte Produktlebensdauer - Imageschäden für die betroffenen Unternehmen.[1]
Warum der Fertigungsprozess mehr zählt als gedacht
Ein zentraler Befund des Projekts: Der Fertigungsprozess beeinflusst die Eigenschaften von Verbindungselementen neben Werkstoff und Geometrie maßgeblich.[1] Für die sichere Auslegung nichtrostender Schraubenverbindungen ist daher auch der Herstellprozess relevant - nicht nur das Datenblatt des Werkstoffs.[1]
Das ist eine wichtige Botschaft für Einkäufer und Produktionsplaner: Zwei Schrauben aus demselben Werkstoff, aber unterschiedlichen Fertigungsverfahren, können sich im Ermüdungsverhalten deutlich unterscheiden. Wer ausschließlich nach Werkstoffnorm und Festigkeitsklasse einkauft, ohne den Herstellprozess zu berücksichtigen, riskiert im Zweifel eine falsch kalibrierte Sicherheitsannahme.
Was Konstrukteure jetzt tun sollten
Das Projekt läuft bis Ende 2027. Bis dahin sind belastbare Auslegungsregeln noch nicht verfügbar. Wer aber Anlagen oder Maschinen mit hohen Lastwechselzahlen betreibt und dabei auf austenitische oder austenitisch-ferritische Schrauben setzt, sollte die Projektergebnisse aktiv verfolgen.[1] Bis dahin empfiehlt sich eine kritische Überprüfung der Sicherheitszuschläge in der Auslegung - gegebenenfalls in Abstimmung mit Fachplanern.[1]
Identifizieren Sie alle Verbindungen in Ihrer Anlage oder Maschine, bei denen austenitische oder austenitisch-ferritische Schrauben dauerhaft unter schwingender Belastung stehen — z. B. in Pumpen, Kompressoren, Windkraftkomponenten oder maritimen Strukturen.
Prüfen Sie, ob die verwendeten Dauerfestigkeitskennwerte aus der VDI 2230 für nichtrostende Werkstoffe ausreichend konservativ sind. Erste Projektergebnisse deuten darauf hin, dass die Schwingfestigkeit im Bereich hoher Zyklenzahlen überschätzt werden kann.
Fragen Sie beim Schraubenlieferanten gezielt nach dem Fertigungsverfahren — CNC-Drehen, Walzen, Fräsen. Das Herstellverfahren beeinflusst die Ermüdungseigenschaften maßgeblich und sollte in die Auslegungsentscheidung einfließen.
FOSTA P 1797 wird bis Ende 2027 abgeschlossen. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für überarbeitete Auslegungsregeln dienen. Halten Sie Ausschau nach aktualisierten Normen und Richtlinien, die sich auf diese Forschungsarbeit stützen.
Einordnung: Warum das Thema jetzt relevant ist
Nichtrostende Schrauben sind kein Nischenprodukt. Sie sind Standard überall dort, wo Korrosionsbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit gleichzeitig gefordert werden - also in weiten Teilen des Maschinen- und Anlagenbaus, der Energietechnik und der Prozessindustrie. Dass die Dauerhaltbarkeit dieser Verbindungen unter zyklischer Last bisher nur unzureichend dokumentiert war, ist eine strukturelle Schwäche im Regelwerk, die lange unbemerkt blieb.
Das Projekt FOSTA P 1797 schließt diese Lücke systematisch - mit Schwingfestigkeitsversuchen unter realitätsnahen Bedingungen, mit einem Industriepartner, der Praxisdaten einbringt, und mit dem Ziel, am Ende belastbare Auslegungsregeln zu liefern.[1] Für Konstrukteure, Einkäufer und Produktionsplaner ist das eine der relevantesten Entwicklungen im Bereich Verbindungstechnik der laufenden Legislaturperiode - auch wenn sie weniger Schlagzeilen macht als neue Antriebskonzepte oder KI-gestützte Fertigungssysteme.
Die eigentliche Botschaft ist nüchtern: Wer heute mit nichtrostenden Schrauben unter zyklischer Last arbeitet, sollte seine Sicherheitsannahmen nicht ungeprüft lassen - und die Ergebnisse aus Wismar und Rostock im Blick behalten.
