Schraube

Unter einer Befestigungsschraube versteht man einen mit Kopf und Außengewinde versehenen Bolzen als ein Element für lösbare Verbindungen, in der Regel aus einem metallischen Werkstoff.

Beispiele für Befestigungsschrauben

Der Ursprung aller Schrauben ist die archimedische Schraube. Diese vor 2250 Jahren durch Archimedes erfundene Schraube diente allerdings vielmehr der Wasserförderung, als dem Befestigen. Schrauben mit weniger als einen halben Millimeter Durchmesser für Uhrwerke oder mannshohe, armdicke Schrauben sind die heute übliche Spanne der Abmessungen. In Zeiten der Elektroschrottverordnung und Altautoverwertungsrichtlinie ist die Schraubverbindung aktueller denn je.

Prinzipiell hat die Schraube ein Außengewinde. Eine Schraube soll zwei Teile so verbinden, dass die Schraube nur auf Zug beansprucht werden sollte und die beiden Teile durch die Reibung fixiert werden. Schrauben werden auch als Scher-Lochleibungsverbindungen eingesetzt oder auf Biegung beansprucht.

Herstellung

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 M36. Das Ausgangsmaterial wird als "Draht" auf Coils (Spulen) aufgewickelt angeliefert und in, den Pressen vorgeschalteten Anlagen abgehaspelt, gerichtet und gegebenenfalls auf den gewünschten Durchmesser reduziert. Moderne Kaltfließpressen ("boltmaker")arbeiten heute mehrstufig, d.h. pro Hub sind mehrere Operationen hintereinander verkettet, bspw. Sechskantkopf vorformen, stauchen, entgraten und Gewindeteil reduzieren. Im nachfolgenden Prozess werden die Gewinde durch Gewindewalzmaschinen mit Flachbacken spanlos auf die reduzierten Gewindeteile aufgerollt. Die Taktzeiten solcher Anlagen erreichen abhängig vom Durchmesser der Schrauben bis zu mehr als 100 Stück pro Minute.

• das Warmpressverfahren Schmieden auf Schmiedepressen für kleine bis mittlere Stückzahlen und Durchmesser bis M200. Das in Stangenform eingesetzte Rundmaterial muss zuerst in einem vorbereitenden Arbeitsgang abgelängt werden. Die Abschnitte werden dann ganz oder partiell (in Gas-, Öl- oder Induktionsöfen) auf Schmiedetemperatur (abhängig vom Werkstoff; bis zu 1250 °C) erwärmt und in Pressen partiell umgeformt. Zur Fertigstellung solcher Schrauben werden anschließend zerspanende Verfahren (CNC-Drehen, Gewindeschneiden) angewandt, wobei die Gewinde heute überwiegend spanlos auf Gewinderollmaschinen (2, oder 3 Rollen Maschinen mit Rollkräften bis 120 Tonnen) hergestellt werden.

Weniger gebraucht (weil teurer) wird heute die Fertigung großer Stückzahlen von Schrauben und Muttern auf automatischen Drehbänken. Bei kleinen Stückzahlen ist aber die Fertigung auf einer Drehbank 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.

Korrosionsschutz

Schwach korrodierende Schrauben (abhängig von den Umgebungsbedingungen) bestehen aus nichtrostendem Stahl, Nickellegierungen, Kupferlegierungen, Kunststoffen, gelegentlich Aluminium und anderen Werkstoffen.

Stahlschrauben werden durch unterschiedliche Oberflächenbehandlungen gegen Korrosion geschützt.

• Blanke Schrauben (umgangssprachlich "schwarze" Schrauben) korrodieren am schnellsten. Sie benötigen nach der Montage eine Schutzbeschichtung (z.B. Korrosionsschutzfarbe), wenn sie nicht unter korrosionsfreien oder -armen Bedingungen verwendet werden.

Die meisten Schrauben werden bereits beim Hersteller beschichtet:

• Brünierung: (auch geschwärzte Schrauben genannt), dabei wird eine dünne, festanhaftende dunkelbraune bis schwarze Oxidschicht (Eisenoxiduloxid - Fe₃O₄) durch Tauchen in eine erhitzte, stark alkalische Salzlösung erzeugt. Norm dazu: DIN 50938. Der erzielte Korrosionsschutz ist schwach, er dient eher optischen Gründen.
• Phosphatierung, dabei wird auf der Oberfläche chemisch oder elektrochemisch eine Phosphatschicht erzeugt. Schwacher Korrosionsschutz, vorwiegend bei Anforderungen an die Haftfähigkeit z.B. von Putz verwendet (z.B. Schnellbauschrauben-Trockenbau).
• Verzinkung: dabei werden Feuerverzinkung (tZn) und galvanische Verzinkung (galZn) unterschieden. Die preiswerte und bei weitem gebräuchlichste Verzinkung ist die galvanische Verzinkung. Große Schrauben (ab M16, M20...) für den rauen Einsatz im Freien werden feuerverzinkt.
• Chromatierung
• Verzinnen, um eine gute Weichlot-Oberfläche herzustellen (Elektroindustie)
• Kadmierung: (aus Umweltschutzgründen eingestellt)

In den letzten Jahren werden die galvanischen Schutzüberzüge jedoch immer mehr durch anorganische Beschichtungen (z.B. Zinklamellenüberzüge)ersetzt, weil diese, wie von der Automobilindustrie gefordert, Chrom VI frei sind. Untersuchungen haben ergeben, das Chrom VI-haltige Korrosionsschutzschichten krebserregend sein können. Daher werden immer mehr Beschichtungen auf Systeme wie DELTA MKS (Firma Dörken-D), DACROMET (Firma Dacral-F)und andere Korrosionsschutzsysteme umgestellt. Die Korrosionsbeständigkeit von Beschichtungen wird durch den Salzsprühtest ermittelt, d.h. beschichtete Teile (z.B. Schrauben) müssen in einer Prüfkammer einem ständigen Salznebel bspw. 240 oder 480 Stunden widerstehen, ohne Korrosion aufzuweisen. So will man den Lebenszyklus eines Bauteils in Bezug auf dessen Korrosionsbeständigkeit simulieren.

• weitere Oberflächenbehandlungen, die hauptsächlich zur Dekoration dienen, sind: Versilbern, Verkupfern, Messingbeschichtung....

Kennzeichnung/Festigkeitsklassen

Die Kennzeichnung der Sechskant- und Innensechskantschrauben ab M5 erfolgt auf dem Schraubenkopf, auf dem das Herstellerkurzzeichen und die Festigkeitsklasse angegeben sind, bei Schrauben aus nichtrostendem Stahl zusätzlich A2 oder A4.

Aus der Festigkeitsklasse bei Stahlschrauben lassen sich die Zugfestigkeit R_m und die Streckgrenze R_eL errechnen. Als Beispiel die Festigkeitsklasse 8.8:

R_m wird errechnet, indem man die erste Zahl mit 100 multipliziert. (8 x 100 = 800 N/mm² Zugfestigkeit),

R_eL, indem beide Zahlen miteinander multipliziert und das Ergebnis nochmal mit 10 multipliziert.

(8 x 8 = 64 N/mm² x 10 = 640 N/mm² Streckgrenze).

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 nur sehr selten anzutreffen. 10.9 und 12.9 werden vor allem für berechnete und definiert vorgespannte Schraubverbindungen verwendet.

In Baumärkten hingegen wird vielfach die Festigkeitsklasse 4.6 angeboten.

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. Diese Qualitäten werden umgangssprachlich auch heute noch mit den von KRUPP geprägten Werksbezeichnungen "V2A" und V4A" benannt. "Nichtrostende" (eigentlich: korrosionsarme) Schrauben haben einen silbrig-gelblichen, matten Glanz und sind oft (sofern austenitisch) nicht magnetisch.

Schraubenarten

Je nach Art des Verwendungszwecks oder des Materials, in das die Schraube geschraubt werden soll, hat sie ein genormtes Gewinde, welches ein fertiges Gegengewinde erfordert oder ein selbstschneidendes Gewinde.

Es wird unterschieden nach

Material, für das die Schraube verwendet wird

• Holzschrauben mit einem der Belastbarkeit des Holzes angepasste Holzgewinde
• Blechschrauben mit einem für dünne Bleche berechneten Gewinde
• Kunststoffschrauben mit einem Gewindeprofil speziell für Kunststoffe
• Schnellbauschrauben mit mehrgängigem Gewinde oder großem Steigungswinkel oder die so genannten Spanplattenschrauben, z.B. als Synonym die Markenbezeichnung SPAX, von: Spanplattenschraube mit Kreuzschlitz "x"). Hierbei handelt es sich um Schrauben mit selbstschneidendem Gewinde.

Schrauben mit genormten zylindrischen Gewinde (z.B. metrisch oder Whitworth-zöllig) zum Einschrauben in ein Innengewinde (z. B. Mutter) werden als 6kt-Schraube umgangssprachlich

• Maschinenschrauben

genannt.

Schraubenkopf

(a) Schlitz, (b) Phillips, (c) Pozidriv, (d) Torx, (e) Inbus, (f) Vierkant (Robertson), (g) Tri-Wing, (h) Torq-Set, (i) Spanner

• Dreikant
• Vierkant
• Sechskant
• Innensechskant
• Schlitz (meint Längsschlitz)
• Kreuzschlitz
  • entweder mit Phillips-Kreuzschlitz (H), ACR Phillips mit Rippen
  • oder Pozidriv-Kreuzschlitz (Z, PZ oder PZD), vorwiegend bei Spanplattenschrauben
• Innenvielzahn (auch I-Stern oder Innen-Stern-Schraube)
• Außenvielzahn

Zunehmend werden von Geräteherstellern Schrauben mit ungewöhnlichen Schraubenköpfen verwendet, um Verbrauchern (und Dieben) das Öffnen bzw. Entfernen der Geräte zu erschweren.

• Tri-Wing (kaum gebraucht)
• TorqSet, Sicherheitsprofil mit versetztem Kreuz (Kaum gebraucht)
• Torx-TR, mit stirnseitiger Bohrung
• Innensechskant-TR, mit stirnseitiger Öffnung

Schraubennormen (Auswahl)

• Sechskantkopf
  • Sechskantschraube mit Schaft ISO 4014 (alt: DIN 931)
  • Sechskantschraube mit Gewinde bis Kopf ISO 4017 (alt: DIN 933)
  • Sechskantschraube mit Schaft, Feingewinde 8x1 bis 100x4, DIN 960
  • Sechskantschraube mit Feingewinde 8x1 bis 100x4 bis Kopf, DIN 961)
  • Sechskant-Passschraube ohne Mutter für Stahlbaukonstruktionen DIN 7968
  • Sechskant-Passschraube mit Sechskantmutter für Stahlbaukonstruktionen DIN 7990
  • Sechskant-Holzschraube DIN 571
  • Sechskant-Blechschraube DIN 7976
• Vierkantkopf
  • Vierkantschraube mit Bund DIN 478
  • Vierkantschraube mit Kernansatz DIN 479
  • Vierkantschraube mit Ansatzkuppe DIN 480
• 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 DIN 84
  • Zylinder-Blechschraube mit Schlitz DIN 7971
• Senkkopf
  • Senkschraube mit Innensechskant DIN 7991
  • Senkschraube mit Schlitz DIN 963
  • Senk-Holzschraube mit Schlitz DIN 97
  • Senk-Blechschraube mit Schlitz DIN 7972
  • Senkschraube mit Kreuzschlitz DIN 965
  • Senk-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7997
  • Senk-Blechschraube mit Kreuzschlitz DIN 7982
• Linsensenkkopf
  • Linsensenkschraube mit Schlitz DIN 964
  • Linsensenk-Holzschraube mit Schlitz DIN 95
  • Linsensenk-Blechschraube mit Schlitz DIN 7973
  • Linsensenkschraube mit Kreuzschlitz DIN 966
  • Linsensenk-Holzschraube mit Kreuzchlitz DIN 7995
  • Linsensenk-Blechschraube mit Kreuzschlitz 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 DIN 7981
• Hammerkopf
  • Hammerschrauben mit Vierkant DIN 186
  • T-Nutenschrauben DIN 787
• Flachrundkopf (mit Vierkant unter dem Kopf ugs. "Schlossschrauben")
  • Flachrundschraube mit Vierkantansatz DIN 603
• Sonstige Schrauben
  • Flügelschrauben DIN 316
  • 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
  • Gewindestift mit Innensechskant und Kegelkuppe ISO 4026 (DIN 913)
  • Gewindestift mit Innensechskant und Spitze ISO 4027 (DIN 914)
  • Gewindestift mit Innensechskant und Zapfen ISO 4028 (DIN 915)
  • Gewindestift mit Innensechskant und Ringschneide ISO 4029 (DIN 916)
  • Gewindestift mit Schlitz und Kegelkuppe DIN 551
  • Gewindestift mit Schlitz und Spitze DIN 553
  • Gewindestift mit Schlitz und Zapfen ISO DIN 417
  • Gewindestift mit Schlitz und Ringschneide DIN 438

Es gibt noch eine Vielzahl von Spezialschrauben, die für spezielle Einsatzzwecke, bei denen keine Normschrauben verwendet werden können, konstruiert werden und sich im Wesentlichen durch ihre Kopf- bzw. Gewindeform unterscheiden.

• Bohrschraube mit Blechschraubengewinde DIN 7504

Je nach der Kopfform braucht man den entsprechenden Schraubenschlüssel oder Schraubendreher zum Drehen der Schraube. Bei vielen Verbindungen ist es notwending, einen Drehmomentschlüssel zu verwenden. Wo definierte Vorspannkräfte in Schraubenverbindungen einzubringen sind, kommen hydraulische Vorspannverfahren (drehend oder ziehend)zur Anwendung.

Sonderbauformen

• Schrauben ohne Kopf können Stiftschrauben, Gewindestifte oder Gewindebolzen sein, mit einem zweigeteilten oder durchgehenden Gewinde. Ein Anwendungsbeispiel für einen Gewindestift ist der Befestigungsstift für Türgriffe, ein Beispiel für Stiftschrauben sind die Schrauben zur Verbindung des Zylinderkopfes mit dem Motorblock bei Kolbenmotoren.
• Bohrschrauben haben eine Spiralbohrerspitze, die geeignet ist, in nicht allzu dicke und harte Materialien (meist Bleche) ein Loch zu bohren, wodurch die Schraube in einem Arbeitsgang ohne Vorbohren verschraubt werden kann.

Siehe auch: Schraubenmutter, Dübel, Bewegungsschraube, Stockschraube, Normteil, Archimedische Schraube, Gewinde

Weblinks

Einige Schraubennormen