Eine Schraubenverbindung ist eine [[lösbare Verbindungen |lösbare Verbindung]] von zwei oder mehreren Teilen durch eine oder mehrere Schrauben. Die Schrauben sind dabei so zu bemessen, dass das entstandene Verbundteil die ihm zugedachte Funktion erfüllt und den auftretenden ruhenden oder wechselnden Betriebskräften standhält.
[[Bild:Bolzen 60.JPG]]
Die Schraubenverbindung beruht auf der Paarung von Schraube bzw. Gewindestift mit Außengewinde und Bauteil mit Innengewinde (meist Mutter). Bei der Verdrehung von Schraube zu Mutter erfolgt ein Gleiten der Gewindeflanken der Schraube auf den Gewindeflanken der Mutter und damit eine Längsbewegung. Formschluss wird im Gewinde erzielt.
[[Bild:Bolzen mit Mutter 60.JPG]]
Die wichtigsten Funktionen der Verbindung sind: Vorspannung, Bewegung, Kraftübersetzung, Verschlussfunktion, Dichtfunktion, Hubeinstellung (Stellschraube), sowie Längenmessung (Mikrometerschraube).
=== Vorteile / Nachteile ===
Vorteile:
*keine Gefügeveränderung im Vergleich zu Schweißen
*verschiedene Gewindearten und Festigkeitsklassen
Nachteile:
[[Bild:Scheiben 60.JPG]]
=== Gewinde und Gewindearten ===
Das Gewinde ist eine profilierte Einkerbung, die längs einer um einen Zylinder gewundenen Schraubenlinien verläuft. Die Schraubenlinie kann rechts- oder linksgängig hergestellt werden. Dadurch unterscheiden wir Rechts- und Linksgewinde.
* f) Rundgewinde nach DIN 405,15403, für Bewegungsspindeln/Kupplungsspindeln beim Eisenbahnwagen
* g) Elektrogewinde DIN 40430 für Lampenfassungen und Sicherungen
[[Bild:Gewindearten.jpg]]
=== Schrauben und Muttern ===
Die Schrauben unterscheiden sich im wesentlichen durch die Form des Kopfes. Am häufigsten werden folgende Schrauben verwendet:
* g) Stiftschraube
[[Bild:Schraubenarten.jpg]]
Muttern werden bei Durchsteckverschraubungen eingesetzt. Bedingt durch ihre Form ist bei Muttern nur ein Antrieb von außen möglich. Die wichtigsten genormten Muttern sind :
=== Scheiben und Sicherungselemente ===
Unter den anzuziehenden Kopf oder die anzuziehende Mutter wird eine Scheibe gelegt, wenn der Werkstoff der verschraubten Teile sehr weich oder deren Oberfläche rau und unbearbeitet ist, wenn diese z.B. poliert oder vernickelt ist und nicht beschädigt werden soll. Verschraubungen müssen gesichert sein, wenn sie sich durch betriebliche Stöße oder Erschütterungen lockern können. Schraubensicherungen sollen die Funktion einer Schraubenverbindung unter beliebig lange wirkender Beanspruchung erhalten. Wir unterscheiden formschlüssige-, kraftschlüssige-, Stoffschlüssige- und sperrende Sicherungselemente.
Formschlüssige Schraubensicherungen:
* k) Splint
* l) Sicherungsblech mit Innen- oder Außennase
Kraftschlüssige Schraubensicherungen:
* f) selbstsichernde Sechskantmutter
* g) Gegenmutter
[[Bild:Sicherungsarten.jpg]]
Stoffschlüssige Sicherungselemente lassen sich durch Verkleben der Gewinde herstellen.
Sperrende Sicherungen verhindern das Losdrehen durch eine Verzahnung.
== Normung ==
=== Normen ===
=== Normen ===
Verbindungs- und Befestigungselemente wie Schrauben, Muttern oder ähnliche Formteile sind auf nationaler, regionaler und internationaler Basis genormt.
Hochbeanspruchte Schraubenverbindungen werden nach den VDI-Richtlinien ([http://www.vdi.de/vdi/vrp/richtliniendetails/index.php?ID=9411773 VDI 2230 ]) und Schrauben an Druckbehältern nach den [http://www.gsw-essen.de/vor-ad.htm AD-Merkblättern] berechnet.
=== Festigkeitsklassen ===
Die Festigkeitsklassen der Schrauben ( 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.8; 8.8; 10.9; 12.9 )geben Informationen über die mechanischen Eigenschaften hinsichtlich Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung und Härte. Die Zugfestigkeit und Streckgrenze können über die beiden Zahlen ermittelt werden.
Zugfestigkeit (R<sub>m</sub>) in N/mm<sup>2</sup> = erste Zahl × 100
== Einsatzgebiet ==
Schrauben und Muttern sind am häufigsten und vielseitigsten verwendete Maschinen- und Verbindungselemente, die in allen Industrie- und Handwerksbranchen eingesetzt werden. Je nach Nutzung der Schraubenfunktion unterscheidet sich auch der Einsatzgebiet.
*Dichtungsschrauben zum Verschließen von Einfüll- und Auslauföffnungen (Getrieben, Ölwannen)
== Kräfte, Verformungen und Spannungen ==
=== Vorspannkraft ===
Als Vorspannkraft bezeichnet man die in einer Schraube auftretende Spannungs- oder Zugkraft, die durch Streckung der Schraube entsteht, wenn Verschraubungselemente (z.B. zwei Stahlplatten) durch Drehen der Mutter angezogen werden. Zwischen den Verschraubungselementen entsteht eine gleich große Druckkraft. Dadurch längt sich die Schraube und die Verschraubungselemente werden zusammengepresst. Der Zusammenhang zwischen Längendehnung und Vorspannkraft wird meistens im Verspannungsschaubild dargestellt.
[[Bild:Verspannungsbild.gif|center]]
Die Druckspannungen in den verschraubten Bauteilen beschränken sich nicht auf das unmittelbare Gebiet unter dem Schraubenkopf, sondern breiten sich kegelförmig unter 45° bis zu den Stoßfugen aus.
[[Bild:Bild 5.jpg|center]]
=== Anziehdrehmoment ===
Anziehdrehmoment wird gebraucht um Schrauben und Muttern mit einem bestimmten Kraftaufwand anzuziehen. Die während des Anziehens auftretenden Reibungen im Gewinde sowie an der Kopf- und Mutterauflage sind bei der Festlegung des Anziehdrehmoments von großer Bedeutung. Fast 90% des Gesamtanzugsmomentes werden zur Überwindung von Reibungseinflüssen aufgewendet. Somit ist das Anziehdrehmoment stark von der Reibungszahl beeinflusst. Bei einer mittleren Reibungszahl von µ<sub> ges</sub> ≈ 0,12 (Normalfall), kann folgende Formel als Faustformel für Ermittlung des Anziehdrehmoments eingesetzt werden :
Um eine verlangte Vorspannkraft möglichst genau zu erreichen, ist ein kontrolliertes Anziehen unbedingt erforderlich. Dazu stehen uns unterschiedliche Anziehverfahren zu Verfügung:
{| {{Tabelle}}
! Anziehverfahren !! Streuung der Vorspannkräfte !! Anziehfaktor k<sub>A</sub>
|-
|}
Die Streuung der Vorspannkräfte des jeweiligen Anziehverfahrens wird mit dem [[Anziehfaktor]] k<sub>A</sub> berücksichtig, damit eine errechnete und für die Funktion der Schraubenverbindung notwendige minimale Vorspannkraft gewährleistet ist.
Standardtabelle über unverbindliche Richtwerte der Anziehdrehmomente gängiger Schrauben mit metrischem Gewinde:
{| {{Tabelle}}
|}
Standard-Anziehdrehmomente ersetzen niemals die Angaben des jeweiligen Herstellers. Sie dienen lediglich zur Orientierung für den Fall, dass keine Herstellerangaben zur Verfügung stehen.
=== Setzen ===
Die Rauheit an den Oberflächen der Verschraubungselemente werden größtenteils schon während des Anziehens durch die Reibung entfernt. Nach der Montage kommt es zu einer plastischen Verformung der zusammengepressten Verschraubungselemente, da sich die Auflagepunkte (Kopf und Mutter)aneinander angleichen. Hierbei spricht man von einem Setzen der Schraubenverbindung. Je mehr Trennfugen eine Schraubenverbindung hat, desto größer ist der Setzbetrag. Außerdem ist die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen: Je höher die Montagetemperatur (z.B. die Erwärmung der Schraubenverbindung), desto größer ist der Setzbetrag.
=== Betriebskraft ===
Die Wirkung der Betriebskraft kann axial oder quer zur Schraubenachse erfolgen.
*Bei Flanschverbindungen wirkt die Betriebskraft in Richtung der Schraubenachse, ist parallel zur Vorspannkraft und bildet Formschluss.
[[Bild:Flanschverbindung 60.JPG]]
*Bei Laschenverbindungen wirkt die Betriebskraft senkrecht zur Schraubenachse, d.h. senkrecht zur Vorspannkraft. Es entsteht Reibschluss.
[[Bild:Laschenverbindung 60.JPG]]
== Berechnung ==
=== Grundlagen der Berechnung ===
Eine Schraubenverbindung muss nach verschiedenen Kriterien rechnerisch überprüft werden. Ziel der Berechnung ist die Festlegung der erforderlichen Schraubenabmessungen unter Berücksichtigung folgender Einflussfaktoren :
Nur die richtige Montagevorspannkraft gewährleistet eine sichere und zuverlässige Schraubenverbindung. Eine zu hohe Vorspannkraft führt zu einer Überlastung und somit zum Bruch der Schraube oder zur Verformung der zu verschraubenden Elemente. Bei einer zu geringen Vorspannkraft kann sich die Schraubenverbindung lösen und zu Unfällen führen.
Durch kontrollierten Schraubenanzug mit regelmäßig überprüften Anziehwerkzeugen kann man Unfälle und Schadensfälle durch Überlastung beim Anziehen vermeiden.
== Haltbarkeit ==
Schrauben halten nicht ewig und haben auch eine sogenannte " Standzeit". Zylinderkopfschrauben, Dehnschrauben und alle Schraubenverbindungen die einer hohen mechanischen Belastung standhalten müssen, sollten nur einmal verwendet werden.
* Hilfsstoffe ( Schmierfett, Öl, chem. Sicherungszusätze, z.B. Loctite)
* Ausführung der Unterlegscheibe bzw. der Sicherungselemente
== Herstellung, Beschaffung und Kosten ==
Schrauben und Muttern werden spanend durch Drehen, Fräsen, Schleifen oder spanlos durch Pressen, Stauchen, Eindrücken und Rollen hergestellt. Die Art der Herstellung ist abhängig von Werkstoff, Genauigkeit, Gewindeform, Festigkeit und Stückzahl. Bei Schrauben ergeben kalt geformte, gerollte Gewinde gegenüber geschnittenen wesentliche Vorteile: höhere Dauerhaltbarkeit, glättere Oberfläche, wirtschaftlichere Fertigung. Informationen über Hersteller und Lieferanten, können dem [http://www.schraubenverband.de/index.htm Deutschen Schraubenverband] entnommen werden. Im Vergleich zu [[Schweißverbindungen]] , [[Nietverbindungen]] oder [[Klebverbindungen]] liegen die Kosten für Schraubenverbindungen wesentlich höher. Zeitaufwendige Konstruktion, teuere Herstellung sowie die Arbeitszeit der Werker bei der Montage, treiben die Kosten in die Höhe. Durch den vielseitigen Einsatz, unterschiedliche Funktionen sowie die Wiederverwendung sind die Kosten der Schraubenverbindungen im Vergleich zu anderen Verbindungsarten zu begründen.
== Fragen zum Thema Schraubenverbindungen ==
* 1. Was ist eine Schraubenverbindung ?
* 7. Nenne mind. 4 Kriterien die bei der Festlegung der Schraubenabmessungen rechnerisch überprüft werden müssen.
* 8. Wie werden Schrauben und Muttern hergestellt ?
== Quellen ==
Roloff/Matek - Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X