Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Sie spazieren an einem sonnigen Tag an einem Windpark vorbei. Plötzlich durchbricht ein ohrenbetäubendes, metallisches Kreischen die Stille. Eines der massiven Rotorblätter eines Windrads löst sich und stürzt in die Tiefe. In unserem Podcast „Verschraubt und zugedreht“ haben wir genau dieses Bild gezeichnet, um zu verdeutlichen, welche Tragweite das Versagen eines winzigen Bauteils haben kann.

Oft liegt die Schraubenbruch-Ursache nicht in einer mangelhaften Konstruktion des gesamten Bauwerks, sondern in einem Verbindungselement, das nur wenige Euro kostet. Sie reicht von festsitzenden Sicherungsmuttern bis hin zum plötzlichen, katastrophalen Versagen tragender Bauteile. Wenn eine Schraube bricht, ist das kein Zufall, sondern das Ergebnis physikalischer oder chemischer Prozesse, die oft im Verborgenen ablaufen. Gemeinsam mit Simon Müller, Geschäftsführer bei Zetania Industrial Analytics und Experte für Werkstoffprüfung, blicken wir tief in das Innere des Metalls.

Die unsichtbare Gefahr: Wasserstoffversprödung bei Schrauben

Ein besonders tückisches Phänomen in der Befestigungstechnik ist die Wasserstoffversprödung bei Schrauben. Das Gefährliche daran: Man sieht sie nicht. Ein Inspektor kann die Schraube noch so akribisch mit einer Lupe untersuchen – das Metallgefüge verrät seinen Zustand erst unter dem Rasterelektronenmikroskop.

Wie entsteht Wasserstoffversprödung?

Dieser Prozess tritt primär bei hochfesten Zylinderschrauben (Güteklassen 10.9, 12.9 oder höher) auf. Während des Herstellungsprozesses, besonders bei der galvanischen Oberflächenbeschichtung oder beim Beizen, können atomare Wasserstoffatome in das Kristallgitter des Stahls eindringen.

Unter Zugspannung wandern diese Atome zu den Fehlstellen im Gefüge. Dort rekombinieren sie zu molekularem Wasserstoff, was zu einem enormen inneren Druck führt. Das Ergebnis ist ein spröder Bruch, der oft erst Stunden oder Tage nach der Montage – und ohne jede Vorwarnung – eintritt. Simon Müller betont im Podcast:

„Die Wasserstoffversprödung wirst du mit dem Auge nicht sehen können. Du brauchst umfassende Analytik, um herauszufinden, was am Schluss der Schadensmechanismus war.“

Professionelle Metall-Schadensanalyse: Der Blick ins Labor

Wenn eine Schraube versagt, beginnt die Arbeit der Forensiker. Eine Schadensanalyse für Metall im spezialisierten Labor ist weit mehr als nur ein „Draufschauen“. Es ist eine Detektivarbeit, die bis zurück zur Schmelze des Rohmaterials führt.

Die Werkzeuge der Experten

Um die exakte Schraubenbruch-Ursache zu isolieren, nutzt ein akkreditiertes Labor (nach ISO 17025) einen ganzen „Blumenstrauß an Methoden“, wie Simon es treffend im Podcast beschreibt:

• Metallografie: Hierbei werden Schliffe des Metalls angefertigt und unter dem Lichtmikroskop untersucht. So lässt sich beurteilen, ob die Wärmebehandlung korrekt durchgeführt wurde oder ob Gefügefehler vorliegen.
• Rasterelektronenmikroskopie (REM): Dies ist das wichtigste Werkzeug zur Bruchflächenanalyse. Anhand des Bruchmusters können Experten zwischen einem Gewaltbruch (Überlastung), einem Ermüdungsbruch (Schwingung) oder einem wasserstoffinduzierten Sprödbruch unterscheiden.
• Computertomografie (CT): Ähnlich wie im Krankenhaus können High-Energy-CT-Scanner Schrauben zerstörungsfrei durchleuchten, um Lunker oder interne Risse zu finden. Solche Geräte kosten schnell über eine Million Euro.
• Chemische Spektralanalyse: Hier wird geprüft, ob die Legierungselemente (Chrom, Molybdän, Mangan) den Spezifikationen entsprechen.

Warum brechen Schrauben? Häufige Fehlerquellen

Entgegen der landläufigen Meinung ist das Rohmaterial selten das Problem. Die Qualitätskontrollen in den großen Schmieden sind heute extrem streng. Die Schraubenbruch-Ursache liegt meist in den nachfolgenden Schritten:

1. Fehler in der Veredelung

Die Wärmebehandlung ist das Herzstück der Schraubenproduktion. Ein Mitarbeiter, der am Freitagnachmittag vergisst, den Ofen auszuschalten (eine kuriose Anekdote aus Simons Berufsalltag), kann eine ganze Charge ruinieren. Zu lange Haltezeiten bei hohen Temperaturen machen das Material weich und führen zum Versagen unter Last.

2. Konstruktions- und Montagefehler

Oft wird schlicht die falsche Sechskantschraube für den richtigen Anwendungsfall gewählt. Eine hochfeste 12.9er Schraube hat zwar eine enorme Zugfestigkeit, aber eine geringere Duktilität (Verformbarkeit) als eine 8.8er. In Umgebungen mit starken Vibrationen oder Lastwechseln kann die sprödere Schraube eher brechen, während die weichere Schraube die Energie durch Dehnung „schlucken“ würde.

3. Chemische Einflüsse

In der Industrie treffen oft unterschiedliche Werkstoffe aufeinander. Wenn eine Stahlschraube durch einen Verbundwerkstoff (CFK) in Aluminium geschraubt wird, entstehen komplexe elektrochemische Spannungsreihen. Ohne entsprechende Isolierung oder Spezialbeschichtung (wie sie oft bei hochwertigen Bohrschrauben zu finden ist) ist Korrosion und damit ein späterer Bruch vorprogrammiert.

Risikomanagement: Prüfung vor dem Schadensfall

Warum warten, bis das Rotorblatt fällt? Simon Müller plädiert für eine frühzeitige Qualitätssicherung. Viele Industriekunden schicken uns standardmäßig Proben zur Eingangsprüfung.

„Wir sehen oft, dass mitgelieferte Prüfzeugnisse (3.1 Zeugnisse) einfach Kopien sind, die immer das Gleiche aussagen. Wenn ich für die Qualität gerade stehen muss, sollte ich sie selbst überprüft haben (etwa bei Metallbolzen).“

Ein Bandstillstand in der Automobilindustrie kostet pro Minute schnell sechsstellige Beträge. Eine Werkstoffanalyse für ein paar hundert Euro im Vorfeld ist hier eine lohnende Investition in die Betriebssicherheit.

Fazit: Die Schraube als sicherheitsrelevantes System

Eine Schraube ist kein banales Stück Metall, sondern ein hochkomplexes technisches Bauteil. Die Schraubenbruch-Ursache ist vielschichtig und reicht von atomaren Wasserstoffeinlagerungen bis hin zu menschlichem Versagen in der Produktion.

Für Profis in Maschinen- und Anlagenbau sowie für ambitionierte Heimwerker gilt: Vertrauen Sie auf Markenqualität (beispielsweise bei Frantos Schrauben), achten Sie auf die korrekte Festigkeitsklasse und unterschätzen Sie niemals die Umgebungseinflüsse. Sollte es dennoch zum Schadensfall kommen, ist eine professionelle Schadensanalyse Metall der einzige Weg, um langfristige Sicherheit zu gewährleisten und Haftungsfragen rechtssicher zu klären.

FAQ – Expertenwissen zum Schraubenbruch

Warum bricht eine Schraube, obwohl sie korrekt verbaut wurde?

Ein Bruch trotz korrekter Montage deutet oft auf verborgene Mängel hin. Die häufigste Schraubenbruch-Ursache in solchen Fällen ist die Wasserstoffversprödung oder ein Fehler in der Wärmebehandlung während der Produktion. Auch Materialermüdung durch unvorhergesehene Vibrationen (Resonanz) – etwa bei Spanplattenschrauben – kann dazu führen, dass die Schraube weit unter ihrer theoretischen Belastungsgrenze versagt.

Was ist Wasserstoffversprödung bei Schrauben und welche Schrauben sind besonders gefährdet?

Wasserstoffversprödung bei Schrauben entsteht durch das Eindringen von Wasserstoffatomen in den Stahl. Gefährdet sind vor allem hochfeste Schrauben ab der Güteklasse 10.9. Der Wasserstoff macht das Material spröde, was zu plötzlichen Brüchen führt. Dies geschieht oft verzögert nach der Montage, weshalb das Phänomen in der Industrie gefürchtet ist.

Wie läuft eine professionelle Schraubenanalyse im Labor ab?

Zuerst erfolgt eine makroskopische Untersuchung der Bruchflächen (beispielsweise bei Linsenkopfschrauben). Danach wird die Schraube im Labor zerteilt, um Schliffe für die Metallografie anzufertigen. Mittels Rasterelektronenmikroskop (REM) wird das Bruchgefüge analysiert. Abschließend werden chemische Analysen und mechanische Härteprüfungen durchgeführt, um Abweichungen von der Norm oder Produktionsfehler zweifelsfrei nachzuweisen.

Was kostet eine Werkstoffanalyse oder Schadensanalyse für Schrauben?

Eine einfache Überprüfung der Kennwerte (Härte, Zugfestigkeit) beginnt bei etwa 500 Euro. Eine komplexe Schadensanalyse inklusive Gutachten und REM-Aufnahmen liegt meist zwischen 3.000 und 5.000 Euro. Bei großflächigen Schadensfällen mit hohem Sachschaden können die Kosten durch den Einsatz von Computertomografie und langwierigen Versuchsreihen auch deutlich höher ausfallen.

Wann sollte man eine Schraubenprüfung beauftragen – erst nach dem Schadensfall oder schon vorher?

Ideal ist eine präventive Prüfung im Rahmen der Qualitätssicherung bei Wareneingang, besonders bei sicherheitskritischen Bauteilen. So lassen sich Serienfehler erkennen, bevor sie verbaut werden. Nach einem Schadensfall ist die Analyse jedoch unerlässlich, um die exakte Ursache zu klären, Regressansprüche durchzusetzen und zukünftige Unfälle durch technische Anpassungen zu verhindern.

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