Leitfaden für die Leistung von Bolzen und Schrauben nach ISO 8981 und EN 208981

Stellen Sie sich einen Wolkenkratzer, ein Hochgeschwindigkeitsfahrzeug oder Präzisionsmaschinen vor – ihre Stabilität und Sicherheit hängen oft von scheinbar unbedeutenden Bolzen und Schrauben ab. Diese kleinen Verbindungselemente tragen enorme Zug-, Scher- und sogar Torsionskräfte. Wie können wir sicherstellen, dass sie in kritischen Momenten dem Druck standhalten und die strukturelle Integrität erhalten? Die Antwort liegt in einem gründlichen Verständnis ihrer mechanischen Eigenschaften und der richtigen Auswahl.

Dieser Artikel bietet einen umfassenden Leitfaden zu den mechanischen Eigenschaften von Stahlschrauben und -schrauben, wie sie in den Normen ISO 898-1 und EN 20898-1 definiert sind, und bietet Ingenieuren und Konstrukteuren eine schnelle Referenz für fundierte Entscheidungen während der Konstruktions-, Fertigungs- und Wartungsprozesse.

ISO 898-1 und EN 20898-1 sind international anerkannte Normen, die die mechanischen Eigenschaften von Stahlschrauben, -schrauben und -bolzen festlegen. Diese Normen definieren Anforderungen an Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Dehngrenze und Bruchdehnung für verschiedene Festigkeitsklassen. Das Verständnis dieser Parameter ermöglicht es Fachleuten, geeignete Verbindungselemente für spezifische Anwendungen auszuwählen und so zuverlässige und sichere Verbindungen zu gewährleisten.

Die Festigkeitsklasse dient als "Personalausweis" für Schrauben und Schrauben und gibt eindeutig ihre mechanischen Leistungseigenschaften an. Gängige Festigkeitsklassen sind 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 und 12.9. Diese Zahlen haben spezifische Bedeutungen:

• Erste Zahl: Stellt 1/100 der Zugfestigkeit (Rm) des Verbindungselements dar. Beispielsweise hat eine Schraube der Klasse 8.8 eine Zugfestigkeit von 800 MPa.
• Zweite Zahl: Gibt das Verhältnis von Streckgrenze (Rel oder Rp0.2) zur Zugfestigkeit (Rm) multipliziert mit 10 an. Bei einer Schraube der Klasse 8.8 beträgt dieses Verhältnis 0,8, was bedeutet, dass die Streckgrenze 640 MPa beträgt.

Diese Zahlen geben einen schnellen Einblick in die grundlegenden Festigkeitseigenschaften eines Verbindungselements und dienen als wertvolle Referenzen bei der Auswahl.

Neben den Festigkeitsklassen sind mehrere kritische mechanische Eigenschaften zu verstehen:

• Zugfestigkeit (Rm): Die maximale Spannung, der ein Material beim Dehnen standhalten kann. Höhere Zugfestigkeit bedeutet einen größeren Widerstand gegen Bruch unter Zug.
• Streckgrenze (Rel oder Rp0.2): Die Spannung, bei der das Material beginnt, sich plastisch zu verformen. Eine höhere Streckgrenze weist auf einen besseren Widerstand gegen bleibende Verformung hin.
• Vickers-Härte (HV): Misst den Widerstand gegen lokale plastische Verformung. Höhere Härte verbessert die Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit.
• Brinell-Härte (HB): Ähnlich der Vickers-Härte, aber mit unterschiedlichen Testmethoden.
• Rockwell-Härte (HR): Eine weitere Härtemessung mit unterschiedlichen Skalen (z. B. HRC, HRB) basierend auf Eindringkörper- und Lastvariationen.
• Oberflächenhärte (HV 0.3): Misst die Oberflächenhärte, typischerweise zur Bewertung der Wirksamkeit der Oberflächenbehandlung.
• Dehngrenze (Sp): Die maximale Spannung, der ein Verbindungselement unter festgelegten Testbedingungen standhalten kann, wird häufig zur Beurteilung des Ermüdungsverhaltens verwendet.
• Bruchdehnung (A5): Das Verhältnis der Längenzunahme nach dem Bruch zur ursprünglichen Länge. Höhere Werte weisen auf eine bessere Plastizität und Verformungsanpassungsfähigkeit hin.

Die folgende Tabelle zeigt die mechanischen Eigenschaften für verschiedene Festigkeitsklassen von Stahlschrauben und -schrauben, einschließlich Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Dehngrenze und Bruchdehnung. Beachten Sie, dass sich die Eigenschaften für einige Klassen (z. B. 3.6) zwischen Durchmessern ≤16 mm und >16 mm unterscheiden.

Neben den Zugeigenschaften ist der Torsionswiderstand ebenso entscheidend. Das Bruchdrehmoment bezieht sich auf das Mindestdrehmoment, das erforderlich ist, um einen Torsionsbruch in einem Verbindungselement zu verursachen. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen mit Rotations- oder Vibrationsbelastungen.

ISO 898-7 und DIN 267 Teil 25 legen Prüfverfahren und Anforderungen für das Bruchdrehmoment von Schrauben und Schrauben fest. Die folgende Tabelle zeigt die Mindestwerte für das Bruchdrehmoment für verschiedene Gewindegrößen und Festigkeitsklassen.

Die Auswahl geeigneter Schrauben und Schrauben erfordert eine sorgfältige Bewertung mehrerer Faktoren:

1. Anwendung: Unterschiedliche Szenarien erfordern unterschiedliche Leistungseigenschaften. Umgebungen mit hohen Vibrationen erfordern eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit, während Hochtemperaturanwendungen hitzebeständige Materialien erfordern.
2. Lastart: Ermitteln Sie, ob die Verbindungselemente hauptsächlich Zug-, Scher-, Biege- oder Torsionsbelastungen ausgesetzt sind, und wählen Sie dann entsprechend aus.
3. Zusammengefügte Materialien: Die Zusammensetzung der verbundenen Materialien (Stahl, Aluminium, Kunststoff usw.) beeinflusst die Auswahl des Verbindungselementmaterials und der Oberflächenbehandlung.
4. Umgebungsbedingungen: Feuchtigkeit, Temperatur und korrosive Elemente bestimmen die erforderlichen Korrosionsbeständigkeitsgrade.
5. Montagemethode: Vorspannungsanforderungen und Anziehverfahren beeinflussen die Auswahl von Größe und Form.

Betrachten Sie eine Stahlkonstruktionsverbindung, die eine hohe Zugfestigkeit unter feuchten Bedingungen erfordert. Eine hochfeste Schraube der Klasse 8.8 mit Zinkbeschichtung wäre geeignet:

1. Last bestimmen: Berechnen Sie die maximale Zuglast durch Strukturanalyse.
2. Durchmesser auswählen: Wählen Sie den Durchmesser basierend auf Last und Zugfestigkeit und wenden Sie geeignete Sicherheitsfaktoren an.
3. Material/Klasse auswählen: Wählen Sie hochfesten Stahl der Klasse 8.8.
4. Oberflächenbehandlung: Geben Sie eine Zinkbeschichtung für Korrosionsbeständigkeit an.
5. Länge bestimmen: Berechnen Sie sie basierend auf der Materialstärke und den Anziehbedingungen.

Obwohl klein, spielen Schrauben und Schrauben eine monumentale Rolle für die strukturelle Sicherheit und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung. Die richtige Auswahl und Anwendung, geleitet von Normen wie ISO 898-1 und EN 20898-1, gewährleisten eine optimale Leistung. Durch das Verständnis der mechanischen Eigenschaften und die sorgfältige Bewertung der Anwendungsanforderungen können Ingenieure fundierte Entscheidungen treffen, die die strukturelle Integrität in unzähligen Branchen aufrechterhalten.