Metrische Schrauben von Arnhold Bolzenschweissen

Als Flankenwinkel wird der Winkel bezeichnet, der zwischen den einander zugewandten Flanken des Gewindes liegt.

Je nach Norm hat sich konstruktiv (maßlich) bei der Umstellung von DIN auf ISO bei metrischen Schrauben wenig verändert. Bei einigen Verbindungselementen wurde der Kopfdurchmesser bzw. die Kopfgeometrie angepasst, teilweise wurden im Zuge der Umstellung auch Durchmesserbereiche verändert oder sind ganz weggefallen.

Bei der Umstellung von DIN 933 auf ISO 4017 (Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf) und von DIN 931 auf ISO 4014 (Sechskantschrauben mit Schaft) hat sich konstruktiv (maßlich) nur in Einzelfällen die Schlüsselweite (SW) verändert. Alle anderen Abmessungen sind gleichgeblieben.

Bei den folgenden Abmessungen hat sich die Schlüsselweite verändert:

• M10 von SW17 auf SW16

• M12 von SW19 auf SW18

• M14 von SW22 auf SW21

• M22 von SW32 auf SW34

Die feuerverzinkte Beschichtung bei Schrauben ist mit mindestens 140 µm sehr dick. Hätten diese Schrauben ein normal geschnittenes Gewinde, würde dadurch der Außendurchmesser nicht mehr dem Regelwerk entsprechen – er wäre durch die Beschichtung zu groß. Aus diesem Grund wird bei Schrauben mit feuerverzinkter Oberfläche das Gewinde „unterschnitten“, also auf Untermaß geschnitten. Dadurch entspricht der Außendurchmesser nach dem Feuerverzinken wieder der Norm. Metrische Schrauben mit dieser Ausführung werden zusätzlich mit einem „U“ am Kopf gestempelt.

Bei Schrauben mit verzinkter Oberfläche besteht ab einer Schraubenfestigkeit von 10.9 die Gefahr von Wasserstoffversprödung. Dabei diffundiert der im Oberflächenbad enthaltene Wasserstoff in das Werkstoff-Gefüge der Schraube. Dadurch kommt es zu einer Versprödung des Werkstoffs – Sprödbruch kann die Folge sein. Abhilfe wird durch die Änderung der Oberflächenbeschichtung zu Zinklamellen-Beschichtung geschaffen.

Schwachkopfschrauben werden auch als „Schrauben mit reduzierter Belastbarkeit“ bezeichnet. Bei einer Schwachkopfschraube reicht der Grund des Innenantriebs sehr nahe an den Schraubenschaft bzw. das Außengewinde der Schraube. Dadurch entstehen sehr schwache Stellen im Schraubenkopf. Diese reduzierte Belastbarkeit wird mit einer vorangestellten 0 bei der Festigkeit gekennzeichnet, z. B. 08.8 oder 010.9.

Eine Schraubverbindung ist eine lösbare Verbindung, die zwei oder mehrere Bauteile so miteinander verbindet, dass die sich unter allen vorkommenden Betriebskräften wie ein Teil verhalten. (Konstruktionsgrundsatz nach VDI2230)

Mittels Anziehdrehmoment MA wird eine Vorspannkraft FV an den Schrauben in die Verbindung eingebracht. Diese wirkt den auftretenden Betriebskräften FB entgegen. Die Differenz aus Vorspannkraft FV und Betriebskraft FB ist die Restklemmkraft FK, sie muss immer größer Null sein, damit die Verbindung sich nicht löst.

Je nach Berechnungsfall oder Bauteilauslastung kann durch Erhöhung der Vorspannkraft FV (über das Anziehdrehmoment MA), durch Losdrehsicherungen (Keilsicherungsscheiben, Unterkopfverzahnungen) oder Klebstoffe im Gewinde die Restklemmkraft verbessert werden.

Beim Montieren von Schrauben tritt Reibung auf. Hier wird unterschieden zwischen Gewindereibung und Unterkopfreibung. Über die Gewindereibung gehen ca. 30 % bis 40 % verloren – bei der Unterkopfreibung weitere 40 % bis 50 %. Somit gehen zwischen 70 % und 90 % der über das Anziehdrehmoment MA aufgebrachten Vorspannkraft FV verloren.

Mit der Vorspannung in der Schraube wird diese auf Zug gebracht und wirkt dann wie eine Zugfeder mit dem Drang sich zusammenzuziehen. Dadurch werden die Bauteile geklemmt und verhalten sich in der Folge wie ein Bauteil.

Grundsätzlich müssen Schrauben im Anlieferzustand nicht gefettet werden. In der Regel kann von einem Reibwertfenster der Klasse B (µ = 0,08 bis 0,16) ausgegangen werden. Sollten aufgrund der Montagevorgaben andere Reibwerte gefordert sein, empfiehlt es sich, dies bereits bei der Produktion korrekt einzustellen. Ein Schmieren/Fetten bei der Montage ist undefiniert und kann zum Bruch der Schraube oder des Bauteils führen.

Werden Schrauben kontrolliert mit einem Drehmomentschlüssel nach Berechnungsgrundlage montiert, müssen sie nicht nachgezogen werden. Das ermittelte Drehmoment erzeugt genügend Vorspannkraft, dass die Schraubverbindung hält. Lediglich im Stahlbau nach der Norm EN 1090 ist ein Nachziehen der Schraubverbindungen notwendig und geregelt.

Ein Drehmoment ist die Kraft, die über einen Hebel (Gabelschlüssel, Drehmomentschlüssel) auf eine Schraube angesetzt wird, und wird in Newtonmeter (Nm) angegeben. Das aufgebrachte Drehmoment (MA) erzeugt abzüglich der Reibungsverluste unter Kopf bzw. im Gewinde in der Schraube eine axiale Vorspannkraft (FV).

Der Flankenwinkel ist sowohl beim metrischen Gewinde als auch beim Blechschraubengewinde 60 Grad, jedoch ist die Steigung P beim Blechschraubengewinde größer. Der Außen- bzw. Nenndurchmesser ist bei metrischen Schrauben eine gerade Zahl, bei Blechschrauben eine einstellige Dezimalzahl (z. B. 3,9 oder 4,2). Darüber hinaus unterscheidet sich auch das Schraubenende. Bei Blechschrauben kommen neben dem Zapfengewinde auch eine Spitze oder Bohrspitze zum Einsatz.