Schraubverbindungen

Quelle: GMK 3, RWTH-University

Lehr- und Forschungsgebiet
Betriebsmittel für die Gewinnung mineralischer Rohstoffe


Fragenrunde

Die Sicherheit einer Schraube kann durch höhere Vorspannung wesentlich erhöht werden. (falsch)

Selbsthemmung ist bei einer Schraube gegeben, wenn der Reibungswinkel größer ist als der Steigungswinkel des Gewindes. (wahr)

Durch die Wahl einer Dehnschraube kann bei gleichem Werkstoff eine höhere Festigkeit erreicht werden. (richtig)

Rundgewinde sind keine genormten Gewinde. (falsch)

Kronenmuttern mit Splint sind gute Verliersicherungen. (wahr)

Die Bezeichnung von Gewindeschrauben erfolgt durch Angabe des Gewindes, der Schraubenlänge und der Festigkeitsklasse. (wahr)

Die Summe aus Betriebkraft FB und Restklemmkraft FKl ergeben die Vorspannkraft FV. (falsch)


Die Benennung der Gewindeschrauben erfolgt anhand des Kerndurchmessers. (falsch)

Ein Spannschloss hat ein Links- und ein Rechtsgewinde. (wahr)

Unter "Setzen" einer Schraubverbindung versteht man das kontrollierte Verringern der Vorspannung. (falsch)


Eine Schraubenlinie ist eine ebene Kurve. (falsch)

Anwendungsbeispiele

• verschraubter Knochen
• verschraubter Flansch (Motor)
• Schraubstock
• Schrauben in einer Stahlbaukonstruktion

Befestigungsschrauben

• Schlossschrauben
• Sechskantschrauben
• Innensechskantschrauben
• Dehnschrauben
• Holzschrauben
• Blechschrauben

Verschlussschrauben, Stellschrauben

• Dichtschrauben
• Ölablassschraube
• Einstellschraube

Schraubenverbindungen

• Befestigungsschraube
• Spannschloss mit Recht- und Linksgewinde
• Schraubstock mit Bewegungsschraube

Einteilung von Schrauben nach Anwendungsbereich / Aufgabe

.. Befestigungsschrauben

• .. lösbare Verbindung von Bauelementen

.. Spannschrauben

• .. Erzeugung einer Vorspannung

.. Verschlussschrauben

• .. Verschließen von Bohrungen und Gefäßen

.. Stellschrauben

• .. Justieren von Bauteilen
• .. Nachstellen bei Verschleiß

.. Bewegungsschrauben

• .. Umsetzen einer Dreh- in eine Längsbewegung

Grundlegendes

.. Im Alltagsleben wird üblicherweise nur zwischen Holzschrauben und Maschinenschrauben unterschieden.

.. In der Technik werden Schrauben unterschieden nach:

.. Anwendung (z.B.)

• .. Befestigungsschrauben
• .. Verschlußschrauben
• .. Radschrauben
• .. Hubspindel

.. Geometrie und Material (z.B.)

• .. Sechkantschrauben
• .. Schlitzschrauben
• .. Dehnschrauben
• .. Schrauben mit Trapezgewinde
• .. Holzschrauben
• .. Blechschrauben

Schraubenarten

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

.. Unterscheidung nach Material:

• .. Holzschrauben: eine der Belastbarkeit des Holzes angepasstes Holzgewinde
• .. Schrauben für Metall mit einem selbstschneidenden oder -prägenden Gewinde

1. .. Blechschrauben, Gewinde ähnlich demjenigen von Holzschrauben
2. .. selbstprägende oder selbstschneidende Normgewinde (eng zulaufend, teilweise mit bohrerartiger Spitze)
   

• .. Kunststoffschrauben mit einem speziell für Kunststoffe geeigneten Gewindeprofil
• .. Schnellbauschrauben mit mehrgängigem Gewinde oder großem Steigungswinkel oder die so genannten Spanplattenschrauben (z.B. SPAX: Spanplattenschraube mit Kreuzschlitz „x“, Schrauben mit selbstschneidendem Gewinde)
• .. Nagelschrauben werden mit Hilfe eines pneumatischem Schussgeräts in Holz eingeschossen. Zeitersparnis für das manuelle Einschrauben mit Hilfe eines Akkuschrauber oder Schraubendreher. Der Vorteil zu einer reinen Nagelverbindung ist die leichte Lösbarkeit der Verbindung.
• .. Maschinenschrauben mit metrischen Gewinden oder den oder den amerikanischen UNF- und UNC-Gewinden

Schraubenkopf-Formen

• Sechskant
• Zylinder
• Senk-
• Rund-
• Linsenkopf

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

Entstehung der Schraubenlinie

• .. Die Funktion einer Schraube ergibt sich aus der Schraubenlinie, einer Kombination von Rotation und gleichzeitiger Translation

• .. Die Schraubenlinie kann als zylindrisch "aufgewickelte" schiefe Ebene betrachtet werden.

• .. Die Schraubenlinie ist eine Raumkurve die aus konstanter Drehbewegung d./dt bei konstanter Vorschubbewegung dz/dt entsteht.

• .. Die Schraubenlinie ist keine "Spirale"
• 
  

Bezeichnungen am Gewinde

• D Ausendurchmesser
• d2 Flankendurchmesser
• d3 Kerndurchmesser
• h3 Gewindetiefe
• alpha Steigungswinkel
• P Teilung, Ganghohe
• Ph Gewindesteigung = n EP, hier n=1
• n Gangzahl

Ein- und mehrgängige Gewinde

• eingängig
• zweigängig
• sechsgängig

Gewindearten / Flankenform

metrisches ISO Spitzgewinde DIN 13

• Standardgewinde im Maschinenbau
• Flankenwinkel 60 Grad
• Kurzzeichen "M"
• Nennangabe des Bolzenaußendurchmessers
• in mm, z.B. M12.
• Bei Feingewinde mit zusätzlicher Angabe der
• Steigung z.B. M12x1

Sägengewinde DIN 513

• Sie besitzen eine Flankenwinkel von 33°.
• Da das Gewindeprofil unsymetrisch ist, ist das
• Sägengewinde einseitig hoch belastbar.
• Es wird meist als Bewegungsgewinde verwendet, z.
• B. für Spannzangen an Dreh- und Fräsmaschinen.
• Gewindebezeichnung: Kurzzeichen "S",
• Nenndurchmesser, Steigung
• Beispiel: S 24 x 5

metrisches ISO Trapezgewinde DIN 513

• Der Flankenwinkel beträgt bei diesem Gewinde 30°.
• Es wird meistens als Bewegungsgewinde verwendet,
• z. B. in Spindelpressen.
• Gewindebezeichnung: Kurzzeichen "Tr",
• Nenndurchmesser, Steigung
• Beispiel: Tr 24 x 6

Rundgewinde DIN 403

• wird bei starker Verschmutzung eingesetzt
• Kurzzeichen "Rd"
• Flankenwinkel 30 Grad
• Bolzenaußendurchmessers in mm und
• Steigung in Zoll z.B. Rd 20x1/8

Whitworth-Rohrgewinde mit zylindrischen Außendurchmesser

• Kurzzeichen "G"
• Flankenwinkel 55 Grad
• für Verschraubungen in der Pneumatik, Hydraulik
• und allgemeine Rohrverschraubungen
• nicht selbstdichtend
• Angabe in Zoll z.B.: G ½

Whitworth-Rohrgewinde mit kegligem Außendurchmesser

• Kurzzeichen "R"
• Flankenwinkel 55 Grad
• Außendurchmesser mit einem Kegelverhältnis 1 : 16
• für Verschraubungen in der Pneumatik, Hydraulik
• und allgemeine Rohrverschraubungen
• bis Durchmesser 26mm selbstdichtend
• Angabe in Zoll z.B.: R ½

Herstellung von Schrauben und Muttern

.. Werkstoffe:

• .. Stahl (siehe Festigkeitswerte von Schrauben und Muttern)
• .. Aluminium, Messing, Kunststoff

.. Herstellung:

• .. Kaltumformung oder Warmumformung
• .. gerollte oder geschnittene Gewinde
• .. abschließende Wärmehandlung

Tabelle der Festigkeitswerte von Schrauben

Tabelle der Festigkeitsklassen von Muttern

• .. Eine Kombination Schraube 8.8 und Mutter 8 ist belastbar bis zur Mindeststreckgrenze der Schraube, ohne daß die Mutter abstreift

• .. Die kritische Höhe genormter voll belastbarer Muttern ist m = 0,9 d

• .. Erforderliche Einschraublängen von Gewindebohrungen beträgt l = 0,9 d, abhängig vom Werkstoff

Lockern und Lösen von Schraubverbindungen

• .. Lockern durch Klemmkraftverlust infolge von Setzungen
• .. Losdrehen bei erzwungener Gleitbewegung
• .. Sicherungsmethoden gegen Setzen
• .. Losdrehsicherungen (ohne Vorspannungsverlust)
• .. Verliersicherung (mit Vorspannungsverlust)

Schraubensicherungen bei dynamisch belasteten Schraubenverbindungen

Klebstoffsicherung

Im Spalt zwischen Innen- und Außengewinde wird Klebstoff eingebracht oder die Schraube ist vom Hersteller mit Klebstoff beschichtet => Kategorie: Losdrehsicherung

Keilsicherungsscheibenpaar

Die Scheiben haben auf der Außenseite Radialrippen und auf der Innenseite Keilflächen, selbst.
Auch geeignet für hochfeste Schrauben bis Qualität 12.9 => Kategorie: Losdrehsicherung

Sperrzahnschraube

Schraubenkopf an der Unterseite mit einer Verzahnung die in das Material eingreift. Nicht für
gehärtete Werkstoffe => Kategorie: Losdrehsicherung

Schweißsicherung

Der Schraubenkopf wird angeheftet. Diese Sicherung wird imSchwermaschinenbau eingesetzt => Kategorie: Losdrehsicherung

Drahtsicherung

Schraubenköpfe werden mit einer Querbohrung versehen durch die sie mit einem Draht gesichert werden => Kategorie: Verliersicherung

Zahnscheiben

Die Verzahnung der Scheiben verhakt sich im Material und im Schraubenkopf. Auch für Senkschrauben verfügbar. Für kurze Schrauben der unteren Festigkeitsklasse => Kategorie: Setzsicherung

Federscheibe

Federnde Scheibe zwischen Kopf und Werkstück. Für axial beanspruchte Verbindungen.
Für kurze Schrauben der unteren Festigkeitsklasse Kategorie => Setzsicherung

Sicherungsscheibe

Sicherungsscheibe mit Nase die in einer Bohrung gehalten wird. Für quer beanspruchte
Verbindungen der unteren Festigkeitsklasse => Kategorie: Verliersicherung

• Schraube mit Verriegelungszähnen
• Schraube mit wellenförmiger radialer Verrippung
• Mikroverkapselter Klebstoff

Mutternsicherungen

Keilsicherungsscheibenpaar

Die Scheiben haben auf der Außenseite Radialrippen und auf der Innenseite Keilflächen,
selbst. Auch geeignet für hochfeste Schrauben bis Qualität 12.9 => Kategorie: Losdrehsicherung

Selbstsichernde Mutter

In die Mutter ist ein Kunststoffring eingelassen der sich bei Montage in dem Gewinde verformt.
=> Kategorie: Losdrehsicherung

Mutter geschlitzt

Die Mutter besitzt eine Gewindeverlängerung die geschlitzt und anschließend gestaucht
wurde. Dadurch ist die Geometrie des Gewindes gestört und die Mutter klemmt auf dem Gewinde => Kategorie: Losdrehsicherung

Verformen des Gewindes

Nach der Montage wird das Gewinde verformt (hier mit Körnerschlägen) => Kategorie: Losdrehsicherung

Sicherungsscheibe

Nut in Gewindebolzen, Sicherungsscheibe unterlegen und Lasche gegen Schlüsselfläche der
Mutter biegen => Kategorie: Verliersicherung

Kronenmutter mit Splint

Durch das Gewinde wird ein Loch gebohrt. Der Splint wird durch die Mutter und das Loch gesteckt. Das offene Ende des Splintes wird gespreizt => Kategorie: Verliersicherung

Verstiften

Mutter nach Positionierung auf dem Gewindebolzen mit Stift sichern. Frei auf dem Gewinde
fixierbar.

Kontern

Zwei Muttern werden auf dem Gewinde gegeneinander verspannt (gekontert). Frei auf dem Gewinde fixierbar. Nicht als Losdrehsicherung oder als Verliersicherung geeignet! => sehr gute
Methode, wenn beimLösen einer Schraube eine Mutter sich herausdreht oder ein Gewinde ohnene Mutter herausgedreht werden muss.

Kraftverteilung in einer Verschraubung

• Kraftlinienverlauf in einer Druckmutter: die letzten Gewindegänge sind nicht mehr im Kraftfluss

• Lastverteilung in den Gewindengängen einer Druckmutter: Nur die ersten beiden Gewindegänge sind maßgeblich an der Kraftübertragung beteiligt

• Lastverteilung in den Gewindegängen einer Stulpmutter (Mutter mit ringförmiger Eindrehung: Durch die Elastizität der Mutter im Anfangsbereich tragen alle Gewindegänge gleichmäßig

• Lastverteilung in den Gewindegängen einer Zugmutter: Durch die Elastizität der Mutter tragen alle Gewindegänge gleichmäßig

Kerbstellen einer Schraubverbindung

1. Ansatz Schraubenkopf
2. Ansatz Dehnschaft
3. Ansatz Gewinde