Seit gut einem Jahr gilt die europäische Norm EN 17976 beim Verschrauben von Schienenfahrzeugen und fahrzeugteilen. Sie hat die deutsche DIN 25201 ersetzt. Notwendig geworden war die Aktualisierung unter anderem, um im Zuge der europäischen Eisenbahnregulierung einen einheitlichen Rahmen zu schaffen.

Die DIN EN 17976, wie sie in Deutschland bezeichnet wird, definiert Verschrauben als Prozess. Es geht nicht nur um das Verschrauben von Einsteck- und Durchsteckschraubverbindungen, sondern die Norm soll zudem zu einem „angemessenen Sicherheitsniveau für Schraubenverbindungen in Bahnanwendungen in Bezug auf Entwurfs-, Montage- und Betriebsphase“ führen¹. Daher reicht der Kreis an Abteilungen und Personen, die von der Norm in Verantwortung gezogen werden, vom Einkauf über das Planungs- und Konstruktionsbüro und den Verantwortlichen der Montage und Instandhaltung von mechanischen und elektrischen Schraubenverbindungen aus metallischen Bauteilen und Schrauben bis hin zu denjenigen, die den Schrauber bedienen. Denn sie alle sind daran direkt oder indirekt beteiligt, „zwei oder mehr Teile auf ausreichende und sichere Weise über die vorgesehene Lebensdauer unter den Bedingungen der Eisenbahnumgebung zu verbinden“. Das betrifft sowohl rein mechanische als auch elektrische Schraubverbindungen: Für beide gilt, dass sie „ohne Klaffen oder ohne Relativbewegung konstruiert“ sein sollen.

Mehr als Eisenbahn

Die DIN EN 17976 definiert ihren Anwendungsbereich auf alle Schienenfahrzeuge. Sie definiert nicht, welche Fahrzeuge unter diese Definition fallen. An dieser Stelle greifen unter anderem die DIN EN 45545-1 : 2013-08 „Fahrzeuge des spurgeführten öffentlichen Personenverkehrs an Land“ sowie die DIN 25003 : 2001-09 „Spurgebundene Fahrzeuge, die mit Spurkranz versehenen Rädern auf Gleisen, die aus Schienen einer bestimmten gleichbleibenden Spurweite gebildet sind, geführt und getragen werden“. Im DB-Fachbuch „Schienenfahrzeugtechnik“ werden diese Definitionen aufgegriffen: „Der Begriff ‚Schienenfahrzeuge‘ steht in der Regel für Fahrzeuge von Bahnen, die auf mit Spurkranz versehenen Rädern auf zwei parallel angeordneten Schienen fahren und sowohl Güter als auch Personen befördern. Zu den Schienenbahnen zählen neben der Eisenbahn auch vergleichbare Systeme wie beispielsweise die Straßen- oder Untergrundbahn.“²

Personalkompetenz gefordert

Bei Verschraubungen im industriellen Umfeld spielt Technik zur Unterstützung eine immer größere Rolle. Allerdings lässt die DIN EN 17976 gegenüber ihrer Vorgängerin weniger Spielraum zu: „Alle Personen, die sich mit dem Thema Verschraubung und Schraubtechnik beschäftigen, müssen entsprechend qualifiziert sein, um die mit dem speziellen Prozess des Schraubenanziehens verbundenen menschlichen Faktoren kontrollieren zu können“, heißt es unmissverständlich. Dabei kann die Qualifizierung dieser Person an ihre Rolle im Prozess angepasst werden – zum Beispiel Konstruktion, Einkauf, Fertigungsplanung, Montage oder Qualitätsmanagement. Vorausgesetzt werden in allen Fällen grundlegende Kenntnisse einer Schraubverbindung einschließlich Vorspannkraft und Verspannung der verbundenen Teile.

Mit der DIN EN 17976 kommt den oben beschriebenen Personen mehr Verantwortung zu. Konkret heißt das zum Beispiel, dass ein Monteur erkennen muss, ob die Werte, mit denen eine Schraubverbindung angezogen werden soll, Sinn ergeben. Ist das seiner Expertise nach nicht der Fall, trägt er die Verantwortung, dass diese Schraubverbindung so nicht angezogen wird. Denn unzureichend montierte Schraubverbindungen können im schlimmsten Fall bei allen direkt oder indirekt beteiligten Personen persönliche sowie juristische Konsequenzen nach sich ziehen.

Konkrete Kenntnisse erforderlich

Die Norm zählt in diesem Zusammenhang sieben konkrete Kenntnisse auf. Theoretisches Wissen und praktische Erfahrung sind nach dem aktuellen Stand der Technik gleichermaßen gefragt. Unter anderem geht es um Materialkunde. Die Beteiligten müssen – je nach Einsatzgebiet – Kenntnis davon haben, welche Folgen eine zu hohe und zu niedrige Reibung haben können, und welche Anzugswerkzeuge es gibt. Beherrscht werden sollte auch das Anziehen als solches: Welche Position ist beim Anziehen einzunehmen, und wie wird das Drehmoment kontinuierlich angewandt. In diesem Zusammenhang verweist die EN 17976 auf die deutsche VDI/VDE-MT 2637. Als europaweit einzige Richtlinie legt sie verbindlich fest, welche Kompetenzen im Umgang mit sicherheitskritischen Schraubverbindungen nachzuweisen sind. Sie bildet das normative Fundament für die Qualifikation von Fachpersonal im Bereich der Schraubtechnik. Blatt 1 definiert die bedarfsgerechte Qualifikation für Mitarbeiter und Führungskräfte, während Blatt 2 einen Bewertungsleitfaden zur Beurteilung von Ausbildern bereitstellt.

Vergleichbare Anforderungen finden sich auch für andere Fügeverfahren wie Schweißen und Kleben. Die damit verbindlichen Schulungspflichten tragen der besonderen Sicherheitsverantwortung im Bahnbereich Rechnung. Denn der „Einfluss menschlicher Faktoren auf Unfälle in der verfahrenstechnischen Industrie“ ist trotz aller technischen Möglichkeiten und Kontrollinstanzen vorhanden.³

Sicherheit statt Risiko

Eine zentrale Rolle spielt das sogenannte Sicherheitsbedürfnis von mechanischen und elektrischen Schraubverbindungen. Hier unterscheidet sich die frühere DIN 25201 von der jetzt gültigen Norm. Denn in der bisherigen werden elektrische und mechanische Verbindungen getrennt behandelt und zudem in Risikoklassen unterteilt.

Analog zu den früheren Risikoklassen gibt es drei Sicherheitsbedürfnisse: H für high/hoch, M für medium/mittel und L für low/niedrig. Auch die Definitionen ähneln sich. Das Versagen einer Verschraubung mit Sicherheitsbedürfnis H „führt zu Folgeereignissen mit Personenschäden und Todesfällen, Ausfall der Gesamtfunktion oder schweren Umweltschäden“. Beim Versagen einer M-Verbindung kann es zur Beeinträchtigung der Gesamtfunktion sowie zu Folgeereignissen mit körperlichen Verletzungen oder begrenzten Schäden für die Umwelt kommen. Dementsprechend gilt für L-Verbindungen, dass ihr Versagen nicht zu einer direkten Beeinträchtigung der Gesamtfunktion führt und Folgeereignisse mit Personen- oder Umweltschäden unwahrscheinlich sind.

Aufgrund ihres Geltungsbereichs, der bereits mit dem Entwurf von Schraubverbindungen beginnt, legt die DIN EN 17976 fest, dass für jede Schraubverbindung ein Sicherheitsbedürfnis festzulegen ist. Die Klassifizierung lässt sich entweder aus einer Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) oder aus Erfahrungswerten ableiten, außerdem gibt es gerade für Sonderfahrzeuge, die im Schienenbau oder zur Wartung eingesetzt werden, konkrete Beispiele, die im umfangreichen Anhang aufgeführt sind. Insgesamt umfasst die neue Regulierung 103 Seiten, ein Drittel davon machen weiterführende Angaben und Hinweise aus.

System und Werkzeug

Grundsätzlich sind durch die DIN EN 17976 alle Werkzeuge und Anziehsysteme bei allen Sicherheitsbedürfnissen zugelassen. Ob handgeführtes Anzugsystem oder manuell betätigtes Anziehwerkzeug spielt keine Rolle. Unterschiedlich sind nur die begleitenden und nachfolgenden Tätigkeiten. Beim handgeführten Anziehen bei der höchsten Sicherheitsstufe H kommen die direkt oder indirekt gemessene Steuergröße, also Drehmoment und Drehwinkel, sowie die Überwachungsgröße von Drehmoment oder Drehwinkel ins Spiel. Dabei muss die Kontroll- oder die Überwachungsgröße direkt gemessen werden. Die Anziehergebnisse sollten für die Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden – zumindest in Form von „okay“ (OK) oder „nicht okay“ (NOK).

Deutlich erhöht ist der Aufwand beim Anziehen mit einem manuell betätigten Werkzeug, gerade wenn es um das höchste Sicherheitsbedürfnis geht: Auch hier dienen die direkt oder indirekt gemessene oder wirkende Steuergröße sowie die direkt oder indirekt gemessene Überwachungsgröße zur Kontrolle. Bei handbetätigten Werkzeugen ohne der entsprechenden digitalen Kontrollgröße, ist ein zweiter Mitarbeiter zwingend vorgeschrieben. Darüber hinaus sind Maßnahmen zur Qualitätssicherung einzuleiten, um fehlerhafte Schraubverbindungen zu verhindern. Geregelt wird das im Kapitel „Qualitätssicherung des Montageergebnisses in der Serienfertigung“. So müssen bei H-Verschraubungen konkrete Prüfstrategien definiert werden, außerdem sind stichprobenartige Kontrollen vorgeschrieben. Deren Häufigkeit wird durch eine Risikobewertung bestimmt.

Generell sind bei rein mechanischen H-Verschraubungen mehrere Nachweise erforderlich. Dazu zählen der Festigkeitsnachweis sowie die Dokumentation des Festigkeitsnachweises, ein Montageprotokoll, ein Qualitätsprozess und eine Inspektion über die gesamte Lebensdauer. Bei elektrischen Verbindungen der H-Kategorie ist kein Festigkeitsnachweis zu erbringen, dafür müssen „Informationen zur Montage in technischen Dokumenten“ vorliegen, genauso wie ein Montageprotokoll, und eine Lebensdauerprüfung ist ebenfalls erforderlich. Das Ganze ist unabhängig vom Anziehverfahren und den genutzten Schraubern.

Manuelles Anziehen – erlaubt, aber nicht sinnvoll

Manuelle Anzugverfahren sind laut DIN EN 17976 selbst bei Verschraubungen der H-Kategorie zulässig. Doch der Aufwand, um die erforderlichen Nachweise zu erbringen, ist sehr groß, und an dieser Stelle ist die Norm unscharf. Denn unbeabsichtigtes und damit unkontrolliertes überelastisches Anziehen ist zu vermeiden. Das aber lässt sich beim manuellen Anziehen nicht ausschließen. Um diese Vorgabe zu erfüllen und transparent zu arbeiten, empfiehlt sich das drehmoment-gesteuerte, streckgrenzüberwachte Anzugverfahren. Im idealen Fall setzt man dieses bei allen Schrauben unabhängig vom definierten Sicherheitsbedürfnis ein, zumal ein permanenter Werkzeugwechsel nicht mit wirtschaftlichen oder zeitlichen Vorteilen verbunden sein dürfte. Mögliche Haftungsrisiken lassen sich durch die exakte und zeitgenaue Dokumentation des Verschraubungsprozesses auf ein Minimum reduzieren. Werkzeugsysteme, die diese technischen Möglichkeiten bieten, gibt es längst im Markt.

Kommt es zu einem gravierenden Unglück, liegt es an den Gutachtern, wie sie einzelne Verschraubungen definieren und ob sie den Plänen der Konstruktion folgen: Was im Plan ein M-Sicherheitsbedürfnis zu erfüllen hatte, kann aufgrund einer Folgewirkung im Nachhinein zu einer H-Verschraubung werden und damit eine Kettenreaktion in der Verantwortungshierarchie auslösen.

Signifikante Unterschiede

Sowohl die deutsche DIN 25201 als auch die europäische EN 17976 als ihre Nachfolgerin verfolgen das gleiche Ziel: Wagenmaterial und Lokomotiven sicher zu machen. Zu den wichtigsten Neuerungen zählt die Verteilung von Verantwortlichkeiten inklusive gestiegenen Haftungsrisiken und die stärkere Rolle der Person, die mit dem Anziehen beschäftigt ist. Sie muss erkennen können, ob die geforderten Parameter an der jeweiligen Stelle Sinn ergeben. Damit einher geht ein deutlich gestiegener Bedarf an Schulungen und Qualifizierung, für die zudem jährliche Auffrischungen vorgeschrieben sind. Das betrifft allerdings nicht nur diejenigen, die mit dem Hydraulik- oder Pneumatikschrauber an Fahrzeugen oder Waggons verschrauben, sondern alle, die zu diesem Prozess beisteuern. Um diese Standards zu erfüllen, empfiehlt es sich, auf zertifizierte Lerndienstleister wie beispielsweise die Akademie der Schraubverbindung (AdSV) zurückzugreifen.

Schiene ist Zukunft

Die Einführung der EN 17976 als einheitliche europäische Norm ist ein logischer Schritt, um den Schienenverkehr in Europa sicherer zu gestalten. Und er ist wichtig, weil der Schienenverkehr nicht nur ein Wachstumsmarkt, sondern auch ein Markt mit Zukunft ist. In seiner Verkehrsprognose 2040 rechnet das Bundesverkehrsministerium mit einem Plus bei der Personenbeförderung – und zwar nicht nur was die Zahl der Passagiere angeht (+3,5%), sondern auch hinsichtlich der Personenkilometer (+7,9%). Basisjahr für die Berechnung ist 2019. Klar ist also: Es werden mehr Menschen mit der Bahn fahren und dabei längere Strecken absolvieren⁴.

Ähnliches gilt für den Transport von Gütern per Bahn. Der lag 2022 bei 140 Milliarden Tonnenkilometern und macht circa 20,2 Prozent des Gesamtgüterverkehrs aus.⁵ Bis 2030 könnte er auf 213 Milliarden Tonnenkilometer gesteigert werden⁶, schätzt der Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV), wenn entsprechend in die Infrastruktur investiert wird. Das entspräche einem Zuwachs von 52 Prozent.

Sowohl das wachsende Passagieraufkommen als auch das Plus im Güterverkehr sorgen länderübergreifend für Impulse bei Herstellern von Waggons und Lokomotiven. Es geht um Schnelligkeit, Flexibilität und Zuverlässigkeit. Das beinhaltet nicht nur den Umbau und die Optimierung von bestehendem Zugmaterial, sondern auch neue Konstruktionen, weil sich Techniken und Materialien weiterentwickeln. In den ersten ICE 1 der DB von 1991 mit einer Zuglänge von 410 Metern fanden rund 760 Passagiere einen Platz. Mit dem aktuellen ICE 4 der DB, der eine Länge von nicht ganz 375 Metern hat, können sich mehr als 910 Passagiere einen Sitz aussuchen, weil der Antrieb auf die Drehgestelle der einzelnen Wagen verteilt ist. Mit der neuen Norm ist jetzt europaweit geregelt, wie jeder Sitz sicher verschraubt sein muss. Das stärkt nicht nur den innereuropäischen Wettbewerb, sondern auch die europäischen Hersteller.

Zusammenfassung:

Die aktualisierte Bahnnorm EN 17976 stärkt den innereuropäischen Markt im Bereich Schienenfahrzeuge. Er schafft eine gemeinsame Grundlage und erleichtert grenzüberschreitenden Handel, Vertrieb und Service. Von zentraler Bedeutung ist in diesem Zusammenhang eine neue Definition von Sicherheit und Verantwortung entlang des gesamten Verschraubungsprozesses. Risiken und Sicherheitsbedürfnisse werden klar benannt genauso wie die Verantwortung der verschiedenen Beteiligten. Einkauf, Planung, Konstruktion und Montage müssen Kompetenzen und Qualifikationen vorweisen und werden stärker in die Verantwortung genommen.

Quellen

Alle Zitate – sofern nicht gekennzeichnet – sind der DIN EN 17976 entnommen. ↩
DB-Fachbuch „Schienenfahrzeugtechnik“, J. Janicki, H. Reinhard, M. Rüffer; Bahn Fachverlag, Berlin 2019 ↩
„Einfluss menschlicher Faktoren auf Unfälle in der verfahrenstechnischen Industrie“, Forschungsbericht 20648300; ISSN 1862-4804 – https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/publikation/long/3490.pdf ↩
https://www.bmv.de/SharedDocs/DE/Artikel/G/verkehrsprognose-2040.html ↩
https://www.allianz-pro-schiene.de/themen/gueterverkehr/marktanteile/ ↩
https://www.vdv.de/presse.aspx?id=3d24e5c0-41ff-459c-93f7-2adfdc1f0212&mode=detail&coriander=V3_04444d54-6c0c-2045-7e3e-dd68c503c163 ↩