Schrauben 1x1

1. allgemeiner Überblick
2. Materialien
3. Festigkeiten
4. Oberflächenbehandlungen
5. Antriebe
6. Normen
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1. allgemeiner Überblick:
Eine Schraube ist ein zylindrischer Stift oder Bolzen, auf dem ein Gewinde aufgebracht ist. Sie bildet zusammen mit einem Gegenstück mit Innen-Gewinde (sehr oft eine Mutter) ein Verbindungselement. Die Ringfläche unter ihrem Kopf dient als axialer Anschlag. Der Kopf enthält einen Schlitz, ein Sechskant (Außen- oder Innen-) oder ein anderes Formelement zur formschlüssigen Verbindung mit einem Werkzeug zum Drehen der Schraube.


Die Verbindung Schraube/Werkstück/Mutter ist in axialer Richtung formschlüssig, die Verbindung zwischen Schraubenschaft und Werkstück in radialer Richtung ebenfalls. Gegen Lösen der Schraube besteht ohne besondere Maßnahme Kraftschluss (axiale Normalkraft infolge geringer elastischer Verformung des Schaftes und des Werkstücks), der mittels elastisch verformter Unterlage (Federscheibe) sicherer gemacht wird. Ist eine Zahnscheibe unterlegt, so besteht Formschluß (die Zahnspitzen graben sich beidseitig in die Anschlagflächen des ein).

Das Gewinde stellt eine schiefe Ebene (Keil) dar, die wendelförmig auf den Grundkörper gewickelt ist. Infolge Keilwirkung wird eine kleine Umfangskraft beim Anziehen der Schraube zu einer großen Axialkraft verstärkt, andererseits wird eine große Drehung in eine kleine Axialbewegung umgewandelt (zum Justieren angewendet).

Schrauben dienen als lösbare Verbindungen von Bauteilen aller Art. Dazu werden ihr Gewinde in ein entsprechendes „Muttergewinde“ bzw. Innengewinde eingedreht. Dabei wird die Schraube gedehnt und die zusammengefügten Teile werden gestaucht. Die Schraube hält also die Bauteile durch eine Klemmverbindung zusammen, und die Schraube wird ausschließlich auf Zug beansprucht.
Zwar werden Schrauben manchmal auch auf Scherung oder Biegung beansprucht, allerdings sind sie für diese Verwendung nicht sonderlich gut geeignet. Das Gewinde stellt eine Kerbung der Oberfläche dar, die die Belastbarkeit auf Scherung oder Biegung gegenüber einem glatten Bolzen um ca. 50% herabsetzt.
Der Kopf mit seiner jeweils speziellen Form dient einerseits als Angriffspunkt für das zugehörige Drehwerkzeug (Schraubenschlüssel, Schraubendreher, Innensechskantschlüssel etc.), andererseits als Auflagefläche zum Andrücken des „obersten“ Teils auf das darunterliegende zu verbindende Teil.
Es gibt Schrauben mit weniger als einem halben Millimeter Durchmesser für Uhrwerke oder auch mannshohe, schenkeldicke Verbindungselemente an Großmaschinen oder Bauwerken.Aufgrund steigender Wiederverwertungsquoten und Rohstoffpreise sind Schraubverbindungen nach wie vor aktuell oder sogar im Aufwärtstrend. Sie erleichtern es Zerlegebetrieben, ausgediente Geräte und Anlagen sortenrein zu trennen und gegebenenfalls Komponenten wiederzuverwenden.

Für die Produktion von Kopfschrauben gibt es heute hauptsächlich zwei Herstellverfahren:

  • das Kaltfließpressverfahren auf mehrstufigen Pressen für große Stückzahlen und Durchmesser bis zur Zeit maximal M 36. Das Ausgangsmaterial wird als Draht auf Spulen aufgewickelt angeliefert und in den Pressen vorgeschalteten Anlagen abgehaspelt, gerichtet und gegebenenfalls auf den gewünschten Durchmesser reduziert. Moderne Kaltfließpressen arbeiten mehrstufig, d. h. pro Hub sind mehrere Operationen hintereinander verkettet, bspw. Rohling abscheren, Sechskantkopf vorformen, fertigstauchen, abgraten und Gewindeteil reduzieren. Im nachfolgenden Prozess werden die Gewinde durch Gewindewalzmaschinen mit Flachbacken oder Rolle- und Segmentwerkzeugen spanlos auf die reduzierten Gewindeteile aufgerollt. Vorzugsweise verwendet man Kaltfließpressen mit integrierter Gewinderollmaschine, sogenannte „Boltmaker“. Abhängig von Durchmesser und Länge der Schrauben erreichen solche Anlagen Produktionszahlen von mehr als 300 Stück pro Minute.

   
  • das Warmpressverfahren Schmieden auf Schmiedepressen für kleine bis mittlere Stückzahlen und Durchmesser bis M 200. Das in eine Stangenform eingesetzte Rundmaterial muss zuerst in einem vorbereitenden Arbeitsgang abgelängt werden. Die Abschnitte werden dann ganz oder partiell auf Schmiedetemperatur (abhängig vom Werkstoff bis zu 1.250 °C) erwärmt und in Pressen vorgeformt. Zur Fertigstellung solcher Schrauben werden anschließend zerspanende Verfahren (CNC-Drehen, Gewindeschneiden) angewandt, oder in einem höherwertigen Verfahren die Gewinde spanlos auf Gewinderollmaschinen (2- oder 3-Rollen Maschinen mit Rollkräften bis 1.200 kN) hergestellt.

Aus Kostengründen mittlerweile unüblich ist die Fertigung großer Stückzahlen von Schrauben und Muttern auf automatischen Drehmaschinen. Bei kleinen Stückzahlen dagegen ist dieses Verfahren wegen seiner Flexibilität immer noch gebräuchlich. Kleinere Gewindeabmessungen werden dabei mit Hilfe von Gewindebohrern (für Innengewinde) und Schneideisen (für Außengewinde) hergestellt. Diese beiden Werkzeuge werden auch für die Herstellung von Gewinden von Hand gebraucht.

2. Materialien:

Der eingesetzte Werkstoff ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Verbindungselemente (Schrauben, Muttern und Zubehörteile). Treten Fehler im eingesetzten Werkstoff auf, so kann das daraus gefertigte Verbindungselement die an ihn gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen. Die wichtigsten Normen für Schrauben und Muttern sind:


DIN EN ISO 898-1 Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl, Teil 1: Schrauben

 

DIN EN 20898 Teil 2 (ISO 898 Teil 2), Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen, Teil 2: Muttern Diese Normen legen den einzusetzenden Werkstoff,die Kennzeichnung, die Eigenschaften der fertigen Teile sowie deren Prüfungen und Prüfmethoden fest.Für die verschiedenen Festigkeitsklassen werden unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt, die in nachfolgender Tabelle 1 aufgeführt sind.

 

Werkstoffe Festigkeitsklassen

Auszug aus DIN EN ISO 898 Teil 1

 
3. Festigkeiten:

Das Festigkeitsklasse-Kennzeichen besteht aus zwei Zahlen: Die erste Zahl entspricht 1/100 der Nennzugfestigkeit Rm in N/mm2. Die zweite Zahl gibt das zehnfache des Verhätnisses der unteren Streckgrenze Re (oder 0,2 %-Dehngrenze Rp 0,2) zur Nennzugfestigkeit Rm an.

tabelle festigkeiten schrauben materialien


Gemäß der Normung für mechanische und physikalische Eigenschaften (EN ISO 898-1) sind die Festigkeitsklassen 4.6, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 und 12.9 gebräuchlich.
In der Industrie kommt sehr häufig die Klasse 8.8 zur Verwendung, die Klassen 4.6, 5.6 und 5.8 sind abgesehen von den Flanschverbindungen nur selten anzutreffen. 10.9 und 12.9 werden vor allem für berechnete und definiert vorgespannte Schraubverbindungen verwendet.

Für Schrauben aus nichtrostendem Stahl wird die Qualität und Festigkeitsklasse auf dem Schraubenkopf angegeben. Diese sind A (für austenitischen Stahl), 1 bis 5 (Sorte) sowie 50 (weich), 70 (kaltverfestigt) oder 80 (hochfest), z. B.: A2-70 oder A5-80. Vorwiegend werden die Qualitäten A2 allgemein und A4 für erhöhte Korrosionsbeanspruchungen verwendet.

4. Oberflächenbehandlungen:

Schrauben / Muttern  sind ihren vornehmlichen Einsatzbereichen entsprechend gefertigt  und zum überwiegenden Teil auch oberflächenbehandelt. Bei Schrauben/Muttern kommen als Grundmaterial sowohl Stahl aus auch Edelstahl zu Anwednung, wobei der entscheidende Faktor für die Materialwahl die benötigte Korrisionsbeständigkeit darstellt.

 oberflaeche phosphatiert

phosphatisiert: Dieses Verfahren wird vornehmlich bei Schnellbauschrauben zur Befestigung von Gipskarton- und Gipsfaserplatten verwandt. Das Phosphatieren ermöglicht ein Übergipsen der Schraube (Gips haftet an der Schraube; Restfeuchte des Gips führt nicht zu Rostbildung).

glanzverzinkt: Dieses Verfahren bietet einen einfachen Korrosionsschutz. Bei dieser galvanischen Verzinkung kann die Schraube bei Einwirkung von Feuchtigkeit den sogenannten "Weißrost" bilden, der ähnlich der "Patina" gegen die weitere Korrosion schützt. Die Glanzverzinkung ist oftmals die Basis für eine weitere Veredelung, da der "Weißrost" die Optik beeinträchtigt.

feuerverzinkt:Das Verfahren (auch Schmelztauchverzinkung genannt) bieten einen sehr hochwertigen Oberflächenschutz, wird jedoch meist nur bei größeren Komponenten wie z.B. Stahlträgern angewendet. Unter Feuerverzinkung versteht man das Überziehen von Stahlteilen mit einem massiven, metallischen Zinküberzug durch Eintauchen der vorbehandelten Stahlteile in eine Schmelze aus flüssigem Zink, dessen Temperatur bei zirka 450 °C liegt. oberflaeche galvanisch verzinkt

galvanisch verzinkt: Dieses Verfahren wird bei Schrauben häufig angewendet und bietet bereits einen sehr guten Grundschutz gegen Korrosion. Die Werkstücke werden nicht in eine Zinkschmelze, sondern in einen Zinkelektrolyten eingetaucht und durch das anlegen von Strom, wandern die Zinkteilchen zum Werkstück und lagern sich dort ab. Durch weitere Behandlungsschritte wie passieren und chramtieren, lassen sich die Eigenschaften gegenüber Korrosion weiter verbessern.

oberflaeche gelbverzinkt gelb chromatiert
gelb verzinkt passiviert:Auch dieses Verfahren bietet einen einfachen Korrosionsschutz, der jedoch gegenüber der Glanzverzinkung noch etwas widerstands- fähiger ist. Die Passivierung sorgt für eine Haftung der Schraube am Werkzeug oder Bit, was die Verarbeitung der Schraube – besonders überkopf oder an schwer zugänglichen Stellen – erleichtert. Das Verfahren wird vornehmlich bei Spanplattenschrauben verwandt, da es die schnelle Serienverarbeitung besonders unterstützt. Einige Spanplattenschrauben werden zusätzlich gleitbeschichtet, was den Eindrehmoment bzw. Kraftaufwand bis zu 50% senkt und damit die Verarbeitung zusätzlich beschleunigt und vereinfacht.

verchromt: Oberfläche metallisch Weiß

gehärtet: Schrauben, die primär mit Elektrowerkzeug verarbeitet werden, sind zusätzlich gehärtet. Für besonders hohen Korrosionsschutz bei Befestigungen oder Verbindungen werden Schrauben aus Messing oder Edelstahl eingesetzt. Die Messingschrauben bestechen hierbei durch ihre besonders attraktive Optik, sind jedoch nicht so fest und hart wie Edelstahlschrauben und können deshalb nicht maschinell verarbeitet werden.

5. Antriebeschrauben antriebe torx kreuz pozi sechskant

Folgende Antriebe werden in den Verbindungstechnik häufig eingesetzt:

Sechskant: gängig bei Gewindeschrauben und bei Holzbauschrauben


Innensechskant oder Inbus®: gängig bei Senkschrauben oder Inbusschrauben


Schlitz: kaum mehr in Verwendung, da durch Torx® oder Kreuz verdrängt 


Phillips-Kreuzschlitz: war lange Zeit der Standard bei Spanplattenschrauben, jedoch durch Torx® kaum mehr verwendet


Pozidriv-Kreuzschlitz (Z, PZ oder PZD): war lange Zeit der Standard bei Spanplattenschrauben, jedoch durch Torx® kaum mehr verwendet


Innenvielzahn (auch I-Stern oder Innen-Stern-Schraube): im Kfz Bereich eingesetzt


Außenvielzahn: im Kfz Bereich eingesetzt


Torx®: der Standardantrieb bei nahezu allen Holschrauben

Neben den hier angeführten und sehr gängigen Antrieben gibt es noch eine Vielzahl von Sonderantrieben, welche vorwiegend in bestimmten Indutriezweigen wie die Luftfahrtbranche mit dem Tri-Wing oder auch für Sonderanwendungen wie z.B. Einbruchssichere Verschraubungen angewendet werden.

Je nach der Kopfform braucht man das entsprechende Werkzeug für die Schraube / Mutter.

6. Normen

6.1 Schraubennormen:

Sechskantkopf

  • Sechskantschraube mit Schaft ISO 4014 (alt: DIN 931)
  • Sechskantschraube mit Gewinde bis Kopf ISO 4017 (alt: DIN 933)
  • Sechskantschraube mit Schaft, Feingewinde 8 × 1 bis 100 × 4, ISO 8765 (alt: DIN 960)
  • Sechskantschraube mit Feingewinde 8 × 1 bis 100 × 4 bis Kopf, ISO 8676 (alt: DIN 961)
  • Sechskant-Passschraube für Stahlbaukonstruktionen (geringes Lochspiel) DIN 7968
  • Sechskant-Schraube für Stahlbaukonstruktionen DIN 7990
  • Sechskant-HV-Schraube für Stahlbaukonstruktionen (hochfeste Verbindung) EN 14399 (alt: DIN 6914)
  • Sechskant-Holzschraube DIN 571
  • Sechskant-Blechschraube ISO 1479 (alt: DIN 7976)

Zylinderkopf

  • Zylinderschraube mit Innensechskant ISO 4762 (alt: DIN 912)
  • Zylinderschraube mit Innensechskant, niedriger Kopf, mit Schlüsselführung DIN 6912
  • Zylinderschraube mit Innensechskant, niedriger Kopf DIN 7984
  • Zylinderschraube mit Schlitz ISO 1207 (alt: DIN 84)
  • Zylinder-Blechschraube mit Schlitz ISO 1481 (alt: DIN 7971)

Senkkopf

  • Senkschraube mit Innensechskant ISO 10642 (alt: DIN 7991)
  • Senkschraube mit Schlitz ISO 2009 (alt: DIN 963)
  • Senk-Holzschraube mit Schlitz DIN 97
  • Senk-Blechschraube mit Schlitz ISO 1482 (alt: DIN 7972)
  • Senkschraube mit Kreuzschlitz ISO 7046 (alt: DIN 965)
  • Senk-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7997
  • Senk-Blechschraube mit Kreuzschlitz ISO 7050 (alt: DIN 7982)

Linsensenkkopf

  • Linsensenkschraube mit Schlitz ISO 2010 (alt: DIN 964)
  • Linsensenk-Holzschraube mit Schlitz DIN 95
  • Linsensenk-Blechschraube mit Schlitz ISO 1483 (alt: DIN 7973)
  • Linsensenkschraube mit Kreuzschlitz ISO 7047 (alt: DIN 966)
  • Linsensenk-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7995
  • Linsensenk-Blechschraube mit Kreuzschlitz ISO 7051 (alt: DIN 7983)

Rundkopf

  • Halbrund-Holzschraube mit Schlitz DIN 96
  • Halbrund-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7996

Linsenkopf (breiter, niedriger und runder als Zylinderkopf)

  • Linsen-Blechschraube mit Kreuzschlitz ISO 7049 (alt: DIN 7981)

Sonstige Schrauben

  • Augenschrauben DIN 444
  • Flügelschrauben DIN 316
  • Rändelschrauben hohe Form DIN 464
  • Rändelschrauben niedrige Form DIN 653
  • Ringschrauben DIN 580
  • Verschlussschraube mit Innensechskant, kegeliges Gewinde DIN 906
  • Verschlussschraube mit Aussensechskant, kegeliges Gewinde DIN 909
  • Verschlussschraube mit Bund und Innensechskant, zylindrisches Gewinde DIN 908
  • Verschlussschraube mit Bund und Aussensechskant, schwere Ausführung, zylindrisches Gewinde DIN 910
  • Verschlussschraube mit Bund und Aussensechskant, leichte Ausführung, zylindrisches Gewinde DIN 7604
  • Gewinde-Schneidschraube DIN 7513
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~2 d DIN 835
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~1 d DIN 938
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~1,25 d DIN 939
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~2,5 d DIN 940

6.2. Mutternnormen

  • Vierkantmutter    DIN 557
  • Rohrmutter   DIN 431
  • Hutmutter   DIN 1587 (niedrige Form: DIN 917)
  • Kronenmutter   DIN 935 (niedrige Form:  DIN 979, DIN 937)
  • Selbstsichernde Mutter   ISO 10510 / DIN 985 (alte Norm)
  • Schweißmuttern  DIN 929
  • Flügelmutter  DIN 315
  • Bundmuttern   DIN 6331
  • T-Nut Mutter  DIN 508
  • Nutmutter   DIN 981, DIN 1804
  • Spannschlossmutter  DIN 1479
  • Kreuzlochmutter  DIN 1816
  • Ringmutter  DIN 582

6.3. Scheibennormen

  • Scheiben, Ausführung mittel nach ISO 7089 ohne Fase (DIN 125-A), ISO 7090 mit Fase (DIN 125-B), (Maschinenbau-Standard)
  • Scheiben, Ausführung grob nach DIN 126
  • Scheiben, Außendurchmesser etwa 3x Lochdurchmesser nach ISO 7093 (DIN 9021)
  • Scheiben für Stahlkonstruktionen nach DIN 7989-1 (Produktklasse C) bzw. DIN 7989-2 (Produktklasse A)
  • Vierkantscheiben nach DIN 434 (Neigung 8%) und DIN 435 (Neigung 14 %) für U- und I-Träger (Profilstahl)
  • Vierkantscheiben für Holzverbindungen nach DIN 436
  • Scheiben für Holzverbindungen nach DIN 440 mit Rund (R)- oder Vierkantinnenloch (V)
  • Unterlegscheiben für Holzverbindungen DIN 440, ISO 7093 (Außen- und Bohrungsdurchmesser im Verhältnis 3:1)
  • Fächerscheiben nach DIN 6798,
  • Zahnscheiben nach DIN 6797,
  • Sicherungsbleche nach DIN 93, DIN 432 und DIN 463,
  • Federringe nach DIN 127, DIN 128 und DIN 7980,
  • Federscheiben nach DIN 137.
  • Scheiben mit Lappen DIN 93, 
  • Scheiben mit Nase DIN 432
  • Scheiben mit zwei Lappen DIN 463
  • Sprengringe DIN 9045