Schraubenverbindungen

Allgemeines

Erklärung des Begriffes

Eine Schraubenverbindung ist eine lösbare Verbindung von zwei oder mehreren Teilen, die durch eine oder mehrere Gewindestangen (meist Schrauben) mit Außengewinde und Bauteilen mit Innengewinde (meist Muttern) verbunden wird.

Wirkprinzip

Durch das Drehen der Schraube oder der Mutter erfolgt ein Gleiten im Gewinde zwischen den Gewindeflanken und somit ergibt sich auch eine Längsbewegung, wobei zwischen beiden Formschluss erzielt wird.

Gewinde, -kenngrößen, -formen und -arten

Gewinde

Das Gewinde ist eine profilierte Einkerbung, die längst um einen Zylinder gewundenen Schraubenlinie verläuft. Die Art des Gewindes werden durch die Profilform (Dreieck, Trapez), die Steigung, Gangzahl (ein- oder mehrgängig) und den Windungssinn (rechts- oder links- steigend) bestimmt.

Gewindekenngrößen

Aus der Abwicklung eines Gewindes ergeben sich die Kenngrößen

• Gewinde-Nenndurchmesser
• Steigungswinkel
• Steigung
• Flankenwinkel
• Flankendurchmesser
• Kerndurchmesser
• Gangzahl
• Rundung oder Radius
• Spannungsquerschnitt

Gewindeformen und -arten

Die gebräuchlichsten Gewindearten sind nach DIN 202 festgelegt

• a) Metrisches Regelgewinde - Anwendungen für Befestigungsschrauben und Muttern aller Art.
• b) Metrisches Feingewinde - Anwendung als Befestigungsgewinde, als Dichtungsgewinde, für Mess- und Einstellschrauben.
• c) Whitworth -Rohrgewinde - Anwendung nach DIN 2999 als Dichtungsgewinde bei Rohren und Rohrteilen. Anwendung nach DIN 228 für Fittings und Hähnen.
• d) Metrisches Trapezgewinde - Anwendung als Bewegungsgewinde bei Schraubstöcken, Ventilen, Spindeln an Drehmaschinen, Pressen und etc.
• e) Metrisches Sägengewinde - Anwendung als Bewegungsgewinde bei hohen einseitigen Belastungen, z.B. Druck- und Hubspindeln.
• f) Rundgewinde – Anwendung als Bewegungsgewinde bei rauem Betrieb, z.B. Kupplungsspindeln, Lasthakenmuttern.

Sonstige Gewindearten

• g) Stahlpanzerrohrgewinde – DIN 40430, Anwendung in der Elektrotechnik, z.B. für Rohrverschraubungen.
• h) Elektrogewinde (Edison-) – DIN 40400 Anwendung in der Elektrotechnik, z.B. für Sicherungen und Lampenfassungen.
• i) Spezialgewinde – Anwendung für Porzellankappen, Blechschrauben, Gasflaschen.

Beispieltabelle für die Ablesung von Gewindekenngrößen

Aufbauelemente einer Schraubenverbindung

Schraubenarten

Die Schrauben unterscheiden sich hauptsächlich durch die Form ihres Kopfes. Eine ausführliche Aufzählungen aller marktgängiger Schrauben, wegen ihrer Vielzahl, ist hier nicht möglich. Wir nehmen die Schraubenarten, die am häufigsten gebraucht werden; siehe Bild:

• a) Sechskantschraube- werden am häufigsten verwendet.
• b) Innensechskantschrauben- platzsparend durch versenkten Kopf mit Innensechskant.
• c, d, e, f) Halbrund-, Senk-, Zylinder- und Linsenschrauben / mit Schlitz oder Kreuzschlitz / werden vielseitig im Maschinen-, Fahrzeug-, Apparate- und Gerätebau verwendet.
• g) Gewindestift- dienen hauptsächlich zur Lagerung von Bauteilen, z.B. Lagerbuchsen, Radkränzen.
• h) Stiftschraube- dienen zur Verschraubung von Gehäuseteilen bei Turbinen, Motoren, Getrieben.

Mutterarten

Durch die Verwendung von Muttern können Durchsteckverschraubungen ausgeführt werden. Bedingt durch ihre Form ist bei Muttern nur ein Antrieb möglich (z.B. Sechskant und Vierkant). Ein Versagen der Schrau- benverbindung kann durch Bruch der Schraube oder durch Abstreifen des Gewindes der Mutter auftreten. Schraubenverbindungen werden deswegen so ausgelegt, dass ein Versagen nur durch Bruch der Schraube auftritt.

• a) Sechskantmutter – werden zusammen mit Sechskantschrauben (Durchsteckschrauben) am häufigsten verwendet.
• b) Vierkantmutter – werden vorwiegend mit Flachrund- oder Sechskantschrauben mit Vierkantsat (Schlossschrauben) zum Verschrauben von Holzteilen benutzt.
• c) Hutmutter – schließen die Verschraubung nach außen dicht ab, verhindern Beschädigungen des Gewindes und schützen vor Verletzungen.
• d) Nutmutter – mit Feingewinde dienen vielfach zum Befestigen von Wälzlagern auf Wellen.
• e) Kronenmutter – dienen der Sicherung von Schraubenverbindungen.
• f,g) Schlitz- und Zweilochmutter – werden für die Sonderzwecke benutzt, z.B. als versenkte Muttern.

Schraubensicherungen

Eine Schraubensicherung ist eine Vorrichtung, die das Lösen einer Schraubverbindung durch äußere Einflüsse (z.B. Schwingung (Vibration), Korrosion, Schraubensetzung) verhindern soll.

Schraubensicherungen sollen die Funktion einer Schraubenverbindung unter lange wirkender Beanspruchung erhalten. Von der Ausführung und Belastung der Verbindung hängt es ab, ob eine besondere Sicherung Notwendig ist. In der Tabelle, rechts, sind die gebräuchliche Sicherungen dargestellt, je nach Art: Form-, Reib-, Kraft- oder Stoffschlüssige Sicherung ist passende auszuwählen.

Scheiben

Zwischen den Schraubenkopf bzw. Mutter und die Auflagefläche werde Scheiben gelegt. Sie sollen nur dann verwendet werden, wenn die Oberfläche der verschraubten Teile weich oder uneben ist, oder wenn die Oberfläche poliert ist und nicht beschädigt werden soll.

Festigkeitsklassen und Normen

Festigkeitsklassen

Die Festigkeitsklassen der Schrauben bieten die Information über die mechanische Eigenschaften hinsichtlich Zugfestigkeit und Streckgrenze. Die Streckgrenze und die Zugfestigkeit können über die beiden vorgegebenen Zahlen auf den Schrauben ermittelt werden:

• Streckgrenze (Re) = Produkt beiden Zahlen multiplizieren mit 10
• Zugfestigkeit (Rm) = erste Zahl multiplizieren mit 100

Normen

-Normen: Befestigungs- und Verbindungselemente (außer Sonderfertigung) sind in deutscher, europäischer und internationaler Form festgelegt:

• -Deutsche Normen ( DIN )
• -Europäische Normen ( EN )
• -Internationale Normen ( ISO )

Zusatzinformation: über die Vielzahl der unterschiedlichen Normen unter http://www.wuerth.de/de/service/dino/03din-iso-info.html

Berechnungsgang von Schraubenverbindungen in Excel

Der Berechnungsgang: zum Download

Dimensionierung

Dimensionierung von Schraubenverbindungen

Herstellung und Beschaffungskosten

Für die Herstellung von Schraubenverbindungselementen]] kommen spanende Prozesse wie Fräsen, Drehen, Schleifen in Frage, sowie auch Warm- oder Kaltumformung. Die Herstellungsart hängt von der Stückzahl, Genauigkeitsgrad, Form und Festigkeit ab. Wesentliche Vorteile haben kalt geformte oder gerollte Schrauben durch die bessere Qualität der Oberfläche, Dauerhaltbarkeit und Kosten. Durch die Vielseitige Auswahl und die Normung der Schraubverbindungen sind die Preise aus den Bestellkatalogen zu entnehmen.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• - einfache Montage und Demontage
• - lösbare Verbindung
• - hohe Temperaturbeständigkeit
• - wiederverwendbare Verbindung
• - Verbindung unterschiedlicher Werkstoffen
• - keine Gefügeveränderungen

Nachteile

• - hohe Kosten zu Kleb-, Schweiß-, Nietverbindungen
• - Korrosionsanfälligkeit
• - aufwändige Vorbereitung durch Bohren, Gewinde
• - Schwächung der Bauteile durch Bohrungen
• - nicht kontrolliertes anziehen führt zur plastische Verformung

Fragen zum Thema "Schraubenverbindungen"

1. Wie definiert man den Begriff -Schraubenverbindungen-?
2. Welche Gewindearten gibt es (min. 4)?
3. Welche Vor- und Nachteile einer Schraubenverbindung gib es (min. jeweils 4)?
4. Warum versucht man heute zu Tage, schon bei der Entwicklung, das Außen- oder Innengewinde auf die Bauteile und Baugruppen zu integrieren, ohne dass entweder die Schraube oder die Mutter, als Einzelteil, benutzt wird?

Lösung

Übungen

Datei:Uebungen schraubenverbindungen.docx

Quellen

1. Tabellenbuch Metall, 43. Auflage. Europa Verlag, ISBN 3-8085-1673-9, €21,50
2. Roloff/Matek: Maschinenelemente-Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 18. Aufl. 2007, ISBN 3-834-80262-X, €36,90.
3. Roloff/Matek: Maschinenelemente-Formelsammlung, Vieweg Verlag, 8. Aufl. 2006. ISBN 3-834-80119-4, €20,90.
4. Allgemeine Internetnutzung, wie z.B. wikipedia