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Metrische Stahlschrauben
Theorie und Praxis (Sichern)
Eine
Schraube,
was passiert beim festziehen?
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Wenn man diese Antwort kennt, kann man schon sehr viele Effekte gut erklären und kann auch in vielen Fällen beurteilen, wie sicher eine Verbindung wohl sein wird. Eine richtig "nach Vorschrift" angezogene Schraube,
wird mit 90 Prozent der maximal möglichen Belastung des Schraubenmaterial
angezogen (Streckgrenze). Aber 90 Prozent von was, werden sich vielleicht einige fragen? Wie nun aber, kann eine Schraube eine Last aufnehmen, wenn Sie selbst schon bis an ihre Limiten belastet wird beim anziehen?
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Die Schraube als
Feder |
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Beim Anziehen der Mutter, wird die Schraube etwas verlängert und zieht so wie eine Feder, die beiden Teile zusammen. Machen wir uns doch dazu
ein kleines Gedankenexperiment: |
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Eine Feder zieht mit 10kg zwei Platten
zusammen. Diese beiden Platten werden also jetzt fest aneinander
gepresst. Das heisst also mit anderen Worten, dass
eine Schraube bis an ihr Limit gespannt/festgezogen werden kann, ohne
dass man befürchten muss, dass sie bricht (solange die auf sie
einwirkende Kraft nicht grösser wird als ihre zulässige
Bruchspannung). Eine Schraube kann also vereinfacht wie eine Zugfeder betrachtet werden! |
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Damit wird aber auch ein anderer wichtiger Umstand klar. Um eine Schraube festziehen zu können, muss wirksam verhindert werden, dass sie in den Untergrund eingedrückt wird! Links ist etwas übertrieben gezeigt, was ich meine: Um eine Schraubenverbindung sicher
anziehen zu können muss verhindert werden, dass der Schraubenkopf (oder die
Mutter) in den Untergrund einsinken kann! Das
darf weder im Moment des Anziehens geschehen, noch später im Betrieb! |
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Festigkeitswert
einer Schraube |
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Wie viel hält nun aber so eine Schraube überhaupt? Sicher
werden schon viele Angabe wie "8.8" (oder ähnliche) auf Schrauben, oder
Verpackungen gelesen haben, aber was heisst das?
Dieser Nummerncode definiert die Festigkeitsklasse einer Schraube. "8.8" ist sozusagen die Standartfestigkeit, also die am meisten verwendete (z.B. solche aus dem Baumarkt). Hochfeste Schrauben gehören etwa der Klasse "12.9", und weichere zum Beispiel der Klasse "4.8" an. Was heissen nun aber diese beiden Zahlen? Ganz grob kann auf folgende Weise die maximal zulässige Belastung pro Quadratmillimeter des Schraubenquerschnitt berechnet werden: "1. Zahl" multipliziert mit der "2. Zahl" gleich Kilogramm pro Quadratmillimeter (ist nicht ganz exakt ich weiss, aber so ist es für jeden verständlich, hoffe ich doch) Bei einer 8.8 Schraube also: 8 x 8 = 64 kg/mm2 Bei einer 12.8 Schraube also: 12 x 8 = 96 kg/mm2 Bei einer 4.8 Schraube also: 4 x 8 = 32 kg/mm2
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Die nebenstehende Tabelle gibt für die bei uns gängigsten
Schraubengrössen (metrisches ISO Regelgewinde), die Querschnittsflächen
an. So kann man leicht ermitteln wann eine Schraube brechen wird!
Bei einer M2 Schraube der Festigkeit 8.8 wären das also rund 132.48 kg Last die sie gerade noch aushalten müsste (8x8x2.07)! Aber Aufpassen! Diese Werte gelten nur bei einer ruhenden Last (Zug), bei
einer Temperatur von ca. 20°C!
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** Sondergrösse die nicht Standart ist |
Je nach Einsatzfall kann es durchaus sinnvoll sein,
weichere Schrauben zu verwenden, vor allem dann wenn Vibrationen und
Schläge vorhanden sind. Denn je fester eine Schraube ist, um so spröder
wird sie auch. Klassisches Beispiel sind zum Beispiel die Propellerverbindungen bei einigen grossen (Benzin) Motoren, bei denen der Propeller mit 4, 5, oder 6 Schrauben auf der Nabe befestigt werden. Schon mit einer 4.8 Schraube hat man mehr als genug Festigkeit, sie ist aber deutlich elastischer als eine 8.8 oder sogar 12.9 Schraube. Die Gefahr eines Schraubenbruches, ist also bei den festen Schrauben sogar grösser, vor allem wenn sie nicht vorschriftsmässig (fest genug) angezogen sind! |
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Anziehdrehmoment |
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Insbesondere die kleinen Schrauben kann man leicht "zu fest"
anziehen, oder eine grössere viel zu wenig. Darum habe ich hier mal die
Anzugsmomente (gemäss Norm) aufgeführt.
Natürlich hat nicht jeder einen Drehmomentschlüssel Zuhause und längst nicht immer können wir bei unseren Modellen alles
"nach Vorschrift" anziehen, da sonst Teile einfach zerdrückt
würden. Ich finde es aber doch wichtig, in etwa zu wissen, wie hoch die
vorgesehenen Werte liegen, als Richtwert. 1 Nm "entspricht" dabei 1kg/dm also "einem Kilogramm Zugkraft, bei zehn Zentimeter Hebellänge". |
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(Anziehdrehmoment bei einer Reibungszahl von 0.125) |
Wie
sichert man eine Schraubenverbindung?
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Etwas vom wichtigsten in unserem Hobby sind
Schraubenverbindungen. Wehe es löst sich etwas im Flug! Das kann schnell zu
erheblichen Problemen führen..., gelinde ausgedrückt. Also wie verhindert man,
dass eine Verbindung sich selbstständig, unkontrolliert lösen kann?
Grundsätzlich muss man unterscheiden zwischen Sicherungen
gegen das Lösen der Schraube (oder Mutter), oder gegen das verlieren! Am Anfang haben wir gesehen das eine Schraube beim Anziehen wie
eine Feder gespannt wird. Diese Spannung in der Feder muss natürlich
erhalten bleiben, denn sie ist die beste Sicherung gegen unkontrolliertes Lösen.
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Verliersicherungen
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Kontermutter |
Etwas vom einfachsten ist das Aufsetzten einer Kontermutter.
Entgegen der landläufigen Meinung, verhindert eine Kontermutter nicht das sich
eine Schraube löst. Sondern sie verhindert, das die Mutter komplett abfällt,
wenn die Verbindung locker wurde! Zusammen können sich die beiden Muttern noch immer drehen auf dem Gewinde, vor allem bei Vibrationen. Sobald die Schraube aber gelöst ist, blockieren die beiden Muttern zuverlässig und verhindern so, dass die Schraube kurz darauf komplett herausfällt.
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Stoppmutter DIN 985 mit Polyamideinlage
links Stoppmutter (DIN 985) |
Die Stoppmutter ist vermutlich eines der bekanntesten
"Sicherungselemente", es ist aber nur eine Sicherung gegen das
verlieren!
Ein eingespritzter Kunststoffring aus Polyamid schlisst sich eng um die Schraube, so dass die Mutter sich nicht selbstständig drehen kann. Wenn also eine Schraube/Mutter sich gelockert hat, kann sie nicht abfallen, da die Stoppmutter noch immer auch dem Gewinde klemmt. Ganz wichtig ist aber, dass eine Stoppmutter eigentlich nur einmal
verwendet werden darf! So ist es definiert in der Norm. |
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Sicherungen gegen das
"Lösen"
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U-Scheibe z.B. ISO 7089 / DIN 125 A
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Solche U-Scheiben gibt es in diversen Grössen. Wenn man
einen weichen Untergrund bei einer Schraube, oder einer Mutter hat, kann
man in vielen Fällen das "Eingraben" von Kopf und/oder Mutter
wirksam verhindern. So kann das Risiko des späteren Lösen der Verbindung vermindert werden, da so der Untergrund weniger schnell nachgeben kann, wodurch die Schraube ja an Spannung verlieren würde. |
Federring DIN 127 A, nicht zu
empfehlen, genau so wie alle Fächerscheiben!
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Diese "geschlitzten" Federringe sind so eine
Sache. Bei Elektronikteilen mögen sie ja noch verwendbar sein, um eine
Platine, oder ähnliches zu fixieren. Bei einer festen Verbindung habe
sie aber nichts zu suchen, genau so wie all die Fächerscheiben!!
Diese Federringe sind für normale Schrauben (8.8) viel zu weich, und können auch sehr schnell beim Anziehen brechen! Die Praxis zeigt ganz klar, dass man besser kein Federring einbaut, da ohne ein solcher, eine Schraubenverbindung bei Vibrationen besser hält, als eine die mit einem Federring "gesichert ist"! Ich setzte diese Elemente grundsätzlich nicht mehr ein, auch wenn sie noch heute vielen gekauften Teilen beigelegt werden. Entweder tausche ich sie gegen eine Federscheibe aus, oder sichere mit einer flüssigen Schraubensicherung. |
Federscheibe gewellt DIN 137 Form B
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Eine solche Federscheibe (oder ähnliche, gibt es in diversen Bauformen), ist mein bevorzugtes Sicherungselement! Sie wirkt wie eine Tellerfeder und verhindert auch bei Vibrationen ein Lösen der Verschraubung. Gleichzeitig bewirkt sie eine Vergrösserung der Auflagefläche, ähnlich wie eine U-Scheibe, was zusätzliche Sicherheit gibt. |
Schraubensicherung (Loctite)
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Mit solchen Schraubensicherungslacken erzielt man ein Maximum
an Sicherheit. Loctite ist dabei ein bekannter Markenname. Auf das Gewinde, oder in das Gewindeloch geträufelt und
die Schraube/Mutter festgezogen, fertig. Diese Sicherungsflüssigkeiten härten erst unter Luftabschluss aus und füllen jeden Spalt im Gewinde. Dadurch wird eine maximale Sicherung, insbesondere auch gegen Vibrationen, erzielt. Beim lösen "zerkrümelt" die Schraubensicherung und übt eine zusätzliche blockierende Wirkung aus, was dem Lösen auch noch entgegenwirkt. Je nach Typ kann man sie mit erhöhten Kraftaufwand
wieder lösen, oder auch erst, wenn man die Verbindung auf rund 150 -
200°C erwärmt hat. |
Letzte Aktualisierung: 03. August 2014 | |
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