Schrauben für Aluminium: Material, Typ und Installationsanleitung

Warum Aluminium die falsche Schraubenwahl bestraft

Zwei Aluminiumplatten, die mit der falschen Schraube zusammengehalten werden, können am Tag der Installation völlig in Ordnung aussehen und 18 Monate später Roststreifen und Lochfraß aufweisen. Aluminium verursacht bei Verbindungselementen mehr Probleme als fast jedes andere gängige Metall, und es handelt sich dabei um zwei separate Probleme, die unter dem Motto „Verwenden Sie einfach Edelstahl“ zusammengefasst werden.

Die erste ist galvanische Korrosion. Aluminium liegt weit oben am anodischen Ende der galvanischen Reihe, was bedeutet, dass sich das Aluminium opfert, um das andere Metall zu schützen, wenn es in Gegenwart von Feuchtigkeit mit einem edleren Metall – Edelstahl, Messing, Kupfer – in Berührung kommt. SSINAs technischer Überblick über galvanische Korrosion stellt fest, dass sich die Korrosionsrate von Aluminium stark beschleunigt, sobald es direkt mit einem eher kathodischen Metall verbunden wird und regelmäßig ein Elektrolyt vorhanden ist – genau der Zustand, der durch eine unbeschichtete Schraube in einer feuchten Verbindung entsteht.

Das zweite Problem ist mechanischer und nicht chemischer Natur. Aluminium ist im Vergleich zu Stahl weich, daher löst sich eine Schraube mit dem falschen Gewindeprofil oder einem übergroßen Führungsloch lange bevor die Verbindung ihre Nennlast erfährt. Die Lösung von Korrosionsproblemen und die Lösung von Abrissproblemen erfordern unterschiedliche Entscheidungen, und wenn man sie als ein einziges Problem betrachtet, geht bei der Auswahl der meisten Schrauben etwas schief.

Passendes Schraubenmaterial zu Aluminium

Das sicherste Material für Aluminium ist Aluminium selbst – eine Aluminiumschraube in einem Aluminiumgrundmetall erzeugt überhaupt keine galvanische Verbindung, obwohl dadurch die Festigkeit verloren geht, die manche Verbindungen benötigen. Darüber hinaus hängt die richtige Wahl sowohl von der Umgebung als auch von der Belastung ab:

• Aluminiumschrauben – Kein galvanisches Risiko, am besten für leichte, spannungsarme Baugruppen
• Verzinkter Kohlenstoffstahl — für den trockenen Innengebrauch geeignet; Die Zinkbeschichtung verliert sich vor dem Aluminium, nutzt sich aber mit der Zeit ab
• Edelstahl (304 oder 316) – an sich stark und korrosionsbeständig, reagiert jedoch mit Aluminium und muss bei Nässe oder im Freien isoliert werden
• Messing oder Kupfer — gehört zu den aggressivsten Kombinationen mit Aluminium; Bei Anwendungen, die Feuchtigkeit ausgesetzt sind, unbedingt vermeiden

Unbeschichteter Kohlenstoffstahl ist die einzige Kombination, die gänzlich ausgeschlossen werden sollte. Es korrodiert Aluminium durch galvanische Wirkung und rostet von selbst, wobei es an beiden Fronten gleichzeitig versagt.

Selbstschneidende vs. Maschinenschrauben für Aluminium

Welcher Schraubentyp passt, hängt davon ab, ob das Aluminium bereits über ein Gewindeloch verfügt. Es sind dünne Aluminiumbleche, Strangpressteile oder Rohre ohne vorgeschnittenes Gewinde erforderlich selbstschneidende Schrauben aus Edelstahl , die beim Eindrehen ihr eigenes Gewinde schneiden und einen separaten Gewindeschneidschritt überflüssig machen.

Wenn das Aluminiumteil bereits ein bearbeitetes oder mit einem Gewinde versehenes Loch aufweist – Gussgehäuse, extrudierte Profile mit vorgeformten Kanälen oder Baugruppen, die wiederholt zerlegt und wieder zusammengebaut werden müssen – Kreuzschlitz-Maschinenschrauben für vorgefertigte Aluminiumlöcher halten wiederholten Zyklen besser stand, da sie nicht jedes Mal, wenn sie entfernt und wieder installiert werden, neues Fadenmaterial abschneiden.

Bei Baugruppen, die ständigen Vibrationen ausgesetzt sind – Gehäuse in der Nähe von Motoren, Schalttafeln an mobilen Geräten – kombinieren Sie einen der Schraubentypen mit Federscheiben für vibrationsanfällige Aluminiumbaugruppen anstatt sich allein auf die Gewindereibung zu verlassen, um die Verbindung fest zu halten.

Dimensionierung der Pilotlöcher und Installationstechnik

Ein zu klein gebohrtes Pilotloch entfernt das Aluminiumgewinde bei der ersten Installation; zu groß gebohrt und die Schraube entwickelt nie die richtige Haltekraft. Das allgemeine Ziel liegt bei 85 bis 90 Prozent des Kerndurchmessers der Schraube für selbstschneidende Schrauben aus Aluminium – kleiner als das Verhältnis, das für Stahl verwendet wird, da Aluminium aufgrund seiner geringeren Scherfestigkeit etwas mehr Spiel benötigt, um Risse um das Loch herum zu vermeiden.

Die Fahrtechnik ist ebenso wichtig wie die Lochgröße. Niedriggeschwindigkeits-Schraubendreher mit hoher Kontrolle und einem Drehmomentbegrenzer verhindern die beiden häufigsten Installationsfehler: Verkanten durch zu schnelles Eindrehen und abisolierte Gewinde durch zu starkes Anziehen über den Punkt hinaus, an dem das Aluminium halten kann. Als Faustregel gilt, dass die Gewindetiefe mindestens das 1,5-fache des Schraubendurchmessers beträgt, um bei einem so weichen Metall einen ausreichenden Ausziehwiderstand zu erzielen.

Isolierende Verbindungselemente zur Verhinderung galvanischer Korrosion

Wenn eine rostfreie Schraube hinsichtlich der Festigkeit die richtige Wahl ist, Aluminium aber nicht ersetzt werden kann, schließt die Isolierung die Lücke. Flache Unterlegscheiben aus Edelstahl zur Isolierung unterschiedlicher Metalle – gepaart mit einer Nylon- oder Gummihülle, nicht allein verwendet – unterbrechen Sie den direkten Metall-zu-Metall-Kontakt, der die Bildung der galvanischen Zelle überhaupt erst ermöglicht.

Über die Unterlegscheiben hinaus stellt ein Anti-Seize-Mittel oder eine dielektrische Beschichtung auf den Schraubengewinden eine zweite Barriere dar, die sich doppelt auszahlt: Sie verlangsamt die Korrosion und verhindert, dass sich rostfreie Schrauben in Aluminiumgewinden festfressen – ein separates Problem, das nichts mit der Elektrochemie zu tun hat, sondern lediglich mit der Tendenz von rostfreiem Stahl, unter Reibung festzufressen. Kompatibilitäts- und Beschichtungsreferenz für Befestigungselemente von Fastenal legt dar, welche Beschichtungskombinationen bei gängigen Metallpaarungen am besten halten. Unser Leitfaden zu Edelstahl-Unterlegscheiben und galvanischem Korrosionsschutz behandelt die Auswahl und Installation der Waschmaschine ausführlicher.

Wählen Sie zwischen 304 und 316 für Aluminiumbaugruppen im Außenbereich

Sobald die Isolierung erfolgt ist, muss noch entschieden werden, welche Edelstahlsorte spezifiziert werden soll. 304 eignet sich zu geringeren Kosten für den allgemeinen Einsatz in Innenräumen und bei milder Luftfeuchtigkeit, seine Beständigkeit gegen chloridbedingte Lochfraßkorrosion ist jedoch begrenzt. 316 fügt der Legierung Molybdän hinzu, was die Beständigkeit gegen Salzeinwirkung deutlich verbessert und sie zur Standardwahl für Küsten-, Meeres- oder Tausalzumgebungen macht.

Die Unterscheidung ist bei Aluminium im Bild wichtiger als bei Stahl-zu-Stahl-Verbindungen, da eine narbige 304-Schraube mit der Zeit eine rauere, reaktivere Oberfläche entwickelt – was den galvanischen Prozess beschleunigt, den die Isolationsmaßnahmen eigentlich kontrollieren sollten. Unser Detaillierter Vergleich von Verbindungselementen aus Edelstahl 304 und 316 schlüsselt die Legierungsunterschiede auf und zeigt, wo sich die einzelnen Sorten halten.

Häufige Fehler, die dazu führen, dass Aluminiumverbindungen beschädigt oder korrodiert werden

• Bohren Sie ein Pilotloch mit Untermaß für die Schraube, wodurch das weiche Aluminiumgewinde bei der ersten Installation abgetragen wird
• Verwendung von unbeschichtetem Edelstahl oder Kohlenstoffstahl direkt gegen Aluminium im Freien oder in feuchten Umgebungen
• Zu starkes Anziehen selbstschneidender Schrauben über das Maß hinaus, das das Aluminiumgewinde halten kann, insbesondere bei Kraftschraubern mit hohen Drehmomenteinstellungen
• Auf Isolierscheiben wird verzichtet, weil sich die Verbindung „nicht in der Nähe von Wasser befindet“, und Umgebungsfeuchtigkeit als ausreichender Elektrolyt wird außer Acht gelassen
• Wiederverwendung von selbstschneidenden Schrauben im gleichen Loch nach der Demontage, wenn das ursprüngliche Gewinde bereits geschnitten wurde und sich nicht mehr sauber einrasten lässt

Die meisten Fehler bei Aluminiumbefestigungen sind auf eines dieser Probleme zurückzuführen und nicht auf eine grundsätzlich falsche Materialwahl – weshalb es oft wichtiger ist, die richtige Führungsbohrung, das richtige Drehmoment und die richtige Isolierung zu finden, als nur über die Edelstahlqualität zu diskutieren.