Schraube (Verbindungselement)

Eine Schraube ist ein zylindrischer Stift oder Bolzen, der außen mit einem Gewinde versehen ist. Sie bildet zusammen mit einem Gegenstück mit Innengewinde (oft eine Mutter) ein Verbindungselement. Bei Schrauben mit Kopf dient die Ringfläche unter dem Kopf als Anschlag gegen das mit ihnen zu befestigende gelochte Teil. Der Kopf enthält auch Formelemente zum formschlüssigen Kontakt mit Werkzeugen zum Drehen der Schraube: Schlitz, (Außen- oder Innen-) Sechskant oder andere.

Das Gewinde stellt eine schiefe Ebene dar, die wendelförmig auf den Grundkörper gewickelt ist. Infolge der Keilwirkung einer schiefen Ebene wird beim Anziehen der Schraube eine kleine angewendete Umfangskraft zu einer größeren Axialkraft verstärkt. Andererseits wird eine große Bewegung am Umfang in eine kleine Axialbewegung umgewandelt (zum Justieren angewendet).

Eine Schraube ist auch eines der beiden Teile eines Schraubgetriebes.

selbstschneidende Schrauben für Holz (links) oder
Spanplatte (Mitte) und Blech
übrige Schrauben mit metrischem Metallgewinde

Geschichte

Schraubendrehmaschine (1871)

Die älteste bekannte Schraube ist die Archimedische Schraube, welche der assyrische König Sin-ahhe-eriba zur Wasserversorgung der Hängenden Gärten von Babylon und Ninives im 7. Jahrhundert v. Chr. installieren ließ. Die Schraube wurde später durch den griechischen Mathematiker Archytas von Tarent (428–350 v. Chr.) beschrieben. Sie diente jedoch dem Wassertransport und nicht als Verbindungselement und unterscheidet sich dadurch von den hier betrachteten Schrauben.

Im 1. Jahrhundert v. Chr. waren Schrauben aus Holz im Mittelmeerraum für Öl- und Weinpressen verbreitet. Hier wurde zum ersten Mal das gleiche Prinzip verwendet wie bei der Schraube als Verbindungselement.

Zu Beginn des 15. Jahrhunderts wurden die ersten Metallschrauben in Europa gefertigt, konnten sich aber aufgrund der hohen Preise nicht durchsetzen. Erst durch die Industrialisierung im 18. Jahrhundert konnten Schrauben als preiswerte Massenware hergestellt werden und so weite Verbreitung finden.Nachfolgend eine Zeittafel der neuzeitlichen Errungenschaften:

• 1744: Erfindung eines Bits mit flacher Klinge für eine Art Handbohrmaschine, Vorgänger des Schraubendrehers.
• 1770: Der englische Werkzeugmacher Jesse Ramsden (1735–1800) entwirft die erste zufriedenstellende Drehmaschine.
• 1797: Der britische Ingenieur Henry Maudslay (1771–1831) patentiert eine Gewindeschneidmaschine.
• 1798: Der Amerikaner David Wilkinson patentiert eine ähnliche Maschine in den USA.
• ab 1800: Herstellung und Verwendung von Hand-Schraubendrehern
• 1908: Der Kanadier Peter Lymburner Robertson (1879–1951) entwirft die Robertson-Schraube, die in Nordamerika zum Standard wird.
• 1930er: Der Amerikaner Henry F. Phillips kauft das Phillipsschrauben-Patent von J. P. Thompson (patentiert 1933).
• während des Zweiten Weltkrieges wurden Gewinde standardisiert, so dass austauschbare Teile in allen Ländern der Alliierten hergestellt werden konnten.

Die ein bis zwei Klemmen von Tischlerwerkbänken (Hobelbank) wurden bis um 1950 überwiegend mit Holzgewinden gefertigt.

Anwendung, Aufbau

Stiftschrauben an einer Dampfturbine

Schrauben dienen als lösbare Verbindungen zwischen Bauteilen aller Art. Dazu wird ihr Gewinde in ein entsprechendes „Muttergewinde“ oder Innengewinde eingedreht. Dabei wird die Schraube gedehnt und die zusammengefügten Teile werden gestaucht. Die Schraube hält also die Bauteile durch eine Klemmverbindung zusammen. Sie wird hauptsächlich auf Zug, meist aber wegen des Steigungs- und Reibungswiderstandes auch auf Torsion beansprucht.

Für die Beanspruchung auf Scherung oder Biegung sind Schrauben nicht sonderlich gut geeignet. Das Gewinde stellt eine Kerbung der Oberfläche dar, welche die Belastbarkeit auf Scherung und Biegung gegenüber einem glatten Bolzen herabsetzt.

Der Kopf mit seiner jeweils speziellen Form dient einerseits als Angriffspunkt für das zugehörige Drehwerkzeug (Schraubenschlüssel, Schraubendreher, Innensechskantschlüssel etc.), andererseits als Auflagefläche zum Andrücken des „obersten“ Teils auf das darunterliegende zu verbindende Teil.

Es gibt Schrauben mit weniger als einem halben Millimeter Durchmesser für Uhrwerke und auch mannshohe, schenkeldicke Verbindungselemente an Großmaschinen und Bauwerken.

Schraubverbindungen begünstigen die Wiederverwertung von Geräten, Maschinen und Anlagen. Sie erleichtern, ausgediente Geräte sortenrein zu trennen und Komponenten gegebenenfalls wiederzuverwenden. Dem steht allerdings die Absicht der Produzenten entgegen, mit Hilfe unlösbarer Verbindungen Reparaturen zu verhindern, um einen schnellen Neukauf zu erzwingen.

Mechanik einer Schraubverbindung

Die Verbindung zwischen Schraube und Mutter (oder Werkstück mit Innengewinde) ist bei üblicher Gewindesteigung selbsthemmend. Die Selbsthemmung verhindert üblicherweise das Lösen. Bei fehlerhaft ausgelegten Verschraubungen kann es durch Vibrationen zum selbsttätigen Lösen kommen.

Das Anziehen einer Schraubverbindung bewirkt das Aufbringen einer axialen Kraft verbunden mit einer geringen elastischen Verformung des Schaftes und des Werkstücks. Der Schraubenschaft wird dabei im elastischen Bereich gedehnt, die verspannten Werkstücke werden gestaucht. Die Schraube wirkt dadurch wie eine Feder und ist bei richtiger Auslegung gegen Losdrehen kraftschlüssig gesichert. Je weicher diese Federung z.B. durch eine große Klemmlänge der Schraube oder durch eine Dehnschrauben-Verbindung desto höhere Quer- und axiale Betriebsbelastungen kann die Schraube aufnehmen, ohne dass es zu einem Klaffen und damit dem Versagen der Verbindung kommt. Auf eine zusätzliche formschlüssige Schraubensicherung kann dann in aller Regel verzichtet werden.

Herstellung

Für die Produktion von Kopfschrauben gibt es heute hauptsächlich zwei Herstellverfahren:

Typischer Produktionsfehler durch minderwertigen Draht beim Kaltfließpressverfahren

• das Kaltfließpressverfahren auf mehrstufigen Pressen für große Stückzahlen und Durchmesser bis zurzeit maximal M 36. Das Ausgangsmaterial wird als Draht auf Spulen aufgewickelt angeliefert und in den Pressen vorgeschalteten Anlagen abgehaspelt, gerichtet und gegebenenfalls auf den gewünschten Durchmesser reduziert. Moderne Kaltfließpressen arbeiten mehrstufig, d. h. pro Hub sind mehrere Operationen hintereinander verkettet, bspw. Rohling abscheren, Sechskantkopf vorformen, fertigstauchen, abgraten und Gewindeteil reduzieren. Im nachfolgenden Prozess werden die Gewinde durch Gewindewalzmaschinen mit Flachbacken oder Rolle- und Segmentwerkzeugen spanlos auf die reduzierten Gewindeteile aufgerollt. Vorzugsweise verwendet man Kaltfließpressen mit integrierter Gewinderollmaschine, sogenannte „Boltmaker“. Abhängig von Durchmesser und Länge der Schrauben erreichen solche Anlagen Produktionszahlen von mehr als 300 Stück pro Minute.

• das Warmpressverfahren Schmieden auf Schmiedepressen für kleine bis mittlere Stückzahlen und Durchmesser bis M 200. Das in eine Stangenform eingesetzte Rundmaterial muss zuerst in einem vorbereitenden Arbeitsgang abgelängt werden. Die Abschnitte werden dann ganz oder partiell auf Schmiedetemperatur (abhängig vom Werkstoff bis zu 1.250 °C) erwärmt und in Pressen vorgeformt. Zur Fertigstellung solcher Schrauben werden anschließend zerspanende Verfahren (CNC-Drehen, Gewindeschneiden) angewandt, oder in einem höherwertigen Verfahren die Gewinde spanlos auf Gewinderollmaschinen (2- oder 3-Rollen Maschinen mit Rollkräften bis 1.200 kN) hergestellt.

Aus Kostengründen mittlerweile unüblich ist die Fertigung großer Stückzahlen von Schrauben und Muttern auf automatischen Drehmaschinen. Bei kleinen Stückzahlen dagegen ist dieses Verfahren wegen seiner Flexibilität immer noch gebräuchlich. Kleinere Gewindeabmessungen werden dabei mit Hilfe von Gewindebohrern (für Innengewinde) und Schneideisen (für Außengewinde) hergestellt. Diese beiden Werkzeuge werden auch für die Herstellung von Gewinden von Hand gebraucht.

Korrosionsschutz

Verzinkte Schraube mit Sechskantkopf, M 45 × 160
Festigkeitsklasse 4.6

Schraubverbindung an einem Haltestellenfahrplan, korrosionsgeschützt, leicht korrodiert

Schraubverbindung an einem Mast im Freien, stark verrostet

Korrosionsarme bzw. rostfreie Schrauben bestehen aus nichtrostendem Stahl, Nickellegierungen, Kupferlegierungen, Kunststoffen, gelegentlich Aluminium, Titan oder neuerdings auch aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff („Carbon“). Einfache Stahlschrauben dagegen benötigen eine Schutzbeschichtung (z. B. Korrosionsschutzfarbe), wenn sie nicht unter korrosionsfreien oder -armen Bedingungen verwendet werden. Mögliche Verfahren der Oberflächenbehandlung sind:

• Brünierung: (auch geschwärzte Schrauben genannt), dabei wird eine dünne, festanhaftende dunkelbraune bis schwarze Oxidschicht (Eisenoxiduloxid – Fe₃O₄) durch Tauchen in eine erhitzte, stark alkalische Salzlösung erzeugt. Norm dazu: DIN 50938. Der erzielte Korrosionsschutz ist schwach, er dient eher optischen Gründen.
• Phosphatierung, dabei wird auf der Oberfläche chemisch oder elektrochemisch eine Phosphatschicht erzeugt. Schwacher Korrosionsschutz, vorwiegend bei Anforderungen an die Haftfähigkeit z. B. von Putz verwendet (z. B. Schnellbauschrauben-Trockenbau) bzw. im Automobilbau für Motorschrauben, die ohnehin keiner Korrosion ausgesetzt sind wie z. B. Pleuel- und Zylinderkopfschrauben. Vorteilhaft wird dabei die gute Einstellbarkeit der Reibungszahlen sowie die hohe Belastungsfähigkeit der Phosphatschicht ausgenutzt.
• Verzinkung: Dabei werden Feuerverzinkung (tZn) und galvanische Verzinkung (galZn) unterschieden. Die preiswerte und bei weitem gebräuchlichste Verzinkung ist die galvanische Verzinkung. Große Schrauben (ab M 16) für den Einsatz im Freien werden meist feuerverzinkt.
• Chromatierung (aus Umweltschutzgründen abnehmend)
• Verzinnen, um eine gute Weichlot-Oberfläche herzustellen (Elektroindustrie)
• Kadmierung (aus Umweltschutzgründen eingestellt)
• Zinklamellenüberzug: frei von sechswertigem Chrom (Cr-VI), keine Wasserstoffversprödung
• Zink-Nickel-Beschichtung: Cr-VI-frei, Reibwert einstellbar, Temperaturbeständig bis 300 °C, höchster Korrosionsschutz (>1000 h nach EN ISO 9227), zugelassen in der Automobilindustrie
• Sherardisieren: In Europa wenig bekanntes Diffusions-Verzinkungsverfahren, Korrosionsbeständigkeit ist vergleichbar mit dem der Feuerverzinkung, gute Haftung.

Untersuchungen haben ergeben, dass Korrosionsschutzschichten, die sechswertiges Chrom enthalten – z. B. chromatierte und galvanisch verzinkte Schichten – krebserregend sein können. Der EU-Altauto-Verordnung 2000/53/EG entsprechend, müssen daher alle Neufahrzeuge ab dem 1. Juli 2007 frei von sechswertigem Chrom (Cr-VI) sein. Daher werden immer mehr Beschichtungen zum Beispiel auf den Zinklamellenüberzug umgestellt. Neben dem Automobilsektor ist davon z. B. auch die Elektronikindustrie betroffen, die ebenfalls auf Cr-VI-freie Verfahren umstellen muss (siehe RoHS-Richtlinie).

Die Korrosionsbeständigkeit von Beschichtungen wird durch den Salzsprühtest ermittelt, d. h. beschichtete Teile (z. B. Schrauben) müssen in einer Prüfkammer einem ständigen Salznebel über beispielsweise 240 oder 480 Stunden widerstehen, ohne Korrosion aufzuweisen. So simuliert man den Lebenszyklus eines Bauteils in Bezug auf dessen Korrosionsbeständigkeit.

Weitere Oberflächenbehandlungen, die neben dem Korrosionsschutz auch zur Dekoration oder der besseren elektrischen Kontaktgabe dienen, sind das Versilbern, Verkupfern, die Messingbeschichtung, das Verchromen, Vernickeln und das Vergolden.

Kennzeichnung/Festigkeitsklassen

Schrau­ben­iden­ti­fi­ka­tion

Die Kennzeichnung der Sechskant- und Innensechskantschrauben ab M5 erfolgt auf dem Schraubenkopf, auf dem das Herstellerkurzzeichen und die Festigkeitsklasse angegeben sind, bei Schrauben aus nichtrostendem Stahl zusätzlich A2 oder A4.

Bei der vollständigen Bezeichnung werden alle relevanten Daten angegeben, ein Beispiel ist:

• ISO 4014 – M10 × 60 – 8.8 – A2E

Aus der Bezeichnung ist aufgrund der ISO-Norm ISO 4014 (metrisches ISO-Gewinde bzw. Regelgewinde) herauszulesen, dass es sich um eine Sechskantschraube mit Schaft und einem Nenndurchmesser von 10 mm, sowie einer Länge von 60 mm und der folgend erklärten Festigkeitsklasse 8.8 handelt. Die Schraube hat einen galvanischen Überzug mit dem Überzugsmetall Zink (A), Schichtdicke 10 μm (2) mit Glanzgrad blank, keine Farbe (E); bezeichnet nach EN ISO 4042.

• ISO 8765 – M20 × 2 × 60 – 8.8

Der Kennzeichnung dieser Sechskantschraube ist noch die Steigung 2,0 mm hinzugefügt. Damit handelt es sich nicht um ein Regelgewinde (Steigung 2,5 mm) sondern um ein Feingewinde. Zusätzliche Kennwerte, wie Flanken- und Kerndurchmesser, Spannungs- und Kernquerschnitt, sowie Steigungswinkel kann man mithilfe der DIN 13 bestimmen.

Aus der Festigkeitsklasse bei Stahlschrauben lassen sich die Zugfestigkeit R_m und die Streckgrenze R_e errechnen. Als Beispiel die Festigkeitsklasse 8.8:

• R_m wird errechnet, indem man die erste Zahl mit 100 multipliziert. (8 × 100 = 800 N/mm² maximale Zugfestigkeit),
• R_e, indem beide Zahlen miteinander multipliziert und das Ergebnis noch einmal mit zehn multipliziert.
• (8 × 8 = 64 N/mm², 64 N/mm² x 10 = 640 N/mm² Mindeststreckgrenze). In diesem Fall wird bei 80 % der Zugfestigkeit (hier beginnt die Einschnürung der Schraube und die maximal übertragbare Kraft ist hier am größten) die Streckgrenze (ab hier treten irreversible Verformungen auf) erreicht und die Verformung geht von dem elastischen in den plastischen Bereich über. Wenn die Schraube darüber hinaus belastet wird, ist das Material dauerhaft verformt und die Schraube ist dauerhaft verlängert. Das sollte vermieden werden.

Gemäß der Normung für mechanische und physikalische Eigenschaften (EN ISO 898-1) sind die Festigkeitsklassen 4.6, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 und 12.9 gebräuchlich.

In der Industrie kommt sehr häufig die Klasse 8.8 zur Verwendung, die Klassen 4.6, 5.6 und 5.8 sind, abgesehen von den Flanschverbindungen, nur selten anzutreffen. 10.9 und 12.9 werden vor allem für berechnete und definiert vorgespannte Schraubverbindungen verwendet.

In Baumärkten hingegen wird vielfach die Festigkeitsklasse 4.6 angeboten.

Für Schrauben aus nichtrostendem Stahl wird die Qualität und Festigkeitsklasse auf dem Schraubenkopf angegeben. Diese sind A (für austenitischen Stahl), 1 bis 5 (Sorte) sowie 50 (weich), 70 (kaltverfestigt) oder 80 (hochfest), z. B.: A2-70 oder A5-80.

Vorwiegend werden die Qualitäten A2 allgemein und A4 für erhöhte Korrosionsbeanspruchungen verwendet. Diese Qualitäten werden umgangssprachlich auch heute noch mit den von Krupp geprägten Werksbezeichnungen „V2A“ und „V4A“ benannt. In besonderen Fällen kommen auch Schrauben aus den Werkstoffen mit den Werkstoffnummern 1.4439 oder 1.4462 zum Einsatz, beispielsweise im Offshore-Bereich. „Nichtrostende“ (eigentlich: korrosionsarme) Schrauben haben einen silbrig-matten Glanz und sind oft (sofern austenitisch) nicht magnetisch.

Material der Schrauben

• Stahl, vom billigen Baustahl bis hin zum amagnetischen, rostfreien Edelstahl
• Messing und andere Buntmetallegierungen
• Titan
• Kunststoff
• Keramik
• Composite (Faserverbundmaterialien)
• Aluminium (z. B. in Verbindung mit Magnesiumbauteilen)

Gewindeformen

• Rechts- oder Linksgewinde
• Metrisches ISO-Gewinde (fein, standard, grob)
• zölliges Gewinde
• Rohrgewinde
• Whitworth-Gewinde
• Holzschraubengewinde (der Belastbarkeit des Holzes angepasst)
• Selbstschneidende oder selbstprägende Gewinde für Metall oder Kunststoff
• Blechschraubengewinde mit einem Gewinde ähnlich demjenigen von Holzschrauben
• Schnellbauschrauben-Gewinde mit mehrgängigem Gewinde oder großem Steigungswinkel
• selbstschneidende Spanplattenschrauben-Gewinde, z. B. als Synonym die Markenbezeichnung SPAX, von: Spanplattenschraube mit Kreuzschlitz „x“).
• Nagelschrauben, diese werden mit Hilfe eines pneumatischem Schussgeräts in Holz eingeschossen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schnellbauschrauben werden sie linear und nicht drehend in das Werkstück eingebracht, was den Fertigungsschritt vereinfacht. Der Vorteil zu einer reinen Nagelverbindung ist die leichte Lösbarkeit der Verbindung.
• Maschinenschrauben, mit metrischen Gewinden oder den amerikanischen UNF- und UNC-Gewinden

Die pleonastische Handelsbezeichnung Gewindeschraube (Jede Schraube hat ein Gewinde.) bezeichnet üblicherweise Schrauben mit Gewindeformen, die zur Aufnahme in einem passenden Innengewinde vorgesehen sind, also zum Beispiel Maschinenschrauben mit metrischem oder zölligem Gewinde, aber keine Holz- oder Blechschrauben oder selbstschneidende.

Schraubenkopf-Formen

Genormte Schraubenkopfformen

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

Rändelschrauben

Kopf-Form

• Sechskant-Kopf
• Zylinder-Kopf
• Rund-Kopf
• Senk-Kopf
• Senk-Rund-Kopf (Linsen-Kopf)

Formelement für Schraubenschlüssel und Schraubendreher

• Außen-Sechskant
• Kopf-Schlitz
• Kopf-Kreuzschlitz (Phillips und Pozidriv)
• Innen-Sechskant (Inbus)
• Innen-Sechsrund (Torx)
• Innenvielzahn (XZN)
• Innen-Vierkant (Robertson, verbreitet in Nordamerika)
• Innen-Dreikant

Um unerwünschten Zugriff zu erschweren, werden Schrauben mit außergewöhnlichen Formelement am Kopf verwendet:

• Torx-TR (Tamper Resistant = manipulationssicher, Torx mit zentralem Dorn)
• Tri-Wing, in der Luftfahrttechnik verbreitet
• Torq-Set, Profil mit versetztem Kreuz,in der Luftfahrttechnik weit verbreitet
• Bristol (Schraube)
• Innensechskant-TR, Innensechskant mit zentralem Dorn
• Spanner
• Pentalob, von der Firma Apple im Iphone 4 und Macbook Air verwendet

Die entsprechenden Schraubendreher werden nach einiger Zeit im Handel angeboten, so dass immer wieder Anlass für die Einführung einer neuen außergewöhnlichen Form besteht.

Schraubenköpfe mit Schlitzen, deren linke Fläche schräg ist, lassen sich nur einschrauben, jedoch nicht lösen.

Von Hand betätigbare Schrauben

• Rändelschrauben
• Flügelschrauben
• Stellschrauben zur Regulierung von mechanischen Größen

Schraubennormen (Auswahl)

• Sechskantkopf
  • Sechskantschraube mit Schaft ISO 4014 (alt: DIN 931)
  • Sechskantschraube mit Gewinde bis Kopf ISO 4017 (alt: DIN 933)
  • Sechskantschraube mit Schaft, Feingewinde 8 × 1 bis 100 × 4, ISO 8765 (alt: DIN 960)
  • Sechskantschraube mit Feingewinde 8 × 1 bis 100 × 4 bis Kopf, ISO 8676 (alt: DIN 961)
  • Sechskant-Passschraube für Stahlbaukonstruktionen (geringes Lochspiel) DIN 7968
  • Sechskant-Schraube für Stahlbaukonstruktionen DIN 7990
  • Sechskant-HV-Schraube für Stahlbaukonstruktionen (hochfeste Verbindung) EN 14399 (alt: DIN 6914)
  • Sechskant-Holzschraube DIN 571
  • Sechskant-Blechschraube ISO 1479 (alt: DIN 7976)
• Vierkantkopf
  • Vierkantschraube mit Bund DIN 478
  • Vierkantschraube mit Kernansatz DIN 479
  • Vierkantschraube mit Ansatzkuppe DIN 480
• Zylinderkopf
  • Zylinderschraube mit Innensechskant ISO 4762 (alt: DIN 912)
  • Zylinderschraube mit Innensechskant, niedriger Kopf, mit Schlüsselführung DIN 6912
  • Zylinderschraube mit Innensechskant, niedriger Kopf DIN 7984
  • Zylinderschraube mit Schlitz ISO 1207 (alt: DIN 84)
  • Zylinder-Blechschraube mit Schlitz ISO 1481 (alt: DIN 7971)
  • Zylinderschraube mit Innensechskant mit metrischem Feingewinde DIN EN ISO 21269
• Senkkopf
  • Senkschraube mit Innensechskant ISO 10642 (alt: DIN 7991)
  • Senkschraube mit Schlitz ISO 2009 (alt: DIN 963)
  • Senk-Holzschraube mit Schlitz DIN 97
  • Senk-Blechschraube mit Schlitz ISO 1482 (alt: DIN 7972)
  • Senkschraube mit Kreuzschlitz ISO 7046 (alt: DIN 965)
  • Senk-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7997
  • Senk-Blechschraube mit Kreuzschlitz ISO 7050 (alt: DIN 7982)

Gängige Computerschrauben

• Linsensenkkopf
  • Linsensenkschraube mit Schlitz ISO 2010 (alt: DIN 964)
  • Linsensenk-Holzschraube mit Schlitz DIN 95
  • Linsensenk-Blechschraube mit Schlitz ISO 1483 (alt: DIN 7973)
  • Linsensenkschraube mit Kreuzschlitz ISO 7047 (alt: DIN 966)
  • Linsensenk-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7995
  • Linsensenk-Blechschraube mit Kreuzschlitz ISO 7051 (alt: DIN 7983)
• Rundkopf
  • Halbrund-Holzschraube mit Schlitz DIN 96
  • Halbrund-Holzschraube mit Kreuzschlitz DIN 7996
• Linsenkopf (breiter, niedriger und runder als Zylinderkopf)
  • Linsen-Blechschraube mit Kreuzschlitz ISO 7049 (alt: DIN 7981)
• Hammerkopf
  

  Hammerkopfschraube
  • Hammerschrauben DIN 261, mit Vierkant DIN 186, und mit Nase DIN 7992
  • T-Nutenschrauben DIN 787

Torbandschrauben mit glattem Linsenkopf und Vierkant darunter

• Flachrundkopf (mit Vierkant unter dem Kopf umgangssprachlich „Schlossschrauben, Torbandschrauben“, diese können nur von der Seite der Mutter her gelöst werden)
  • Flachrundschraube mit Vierkantansatz DIN 603
• Gewindestifte (umgangssprachlich häufig auch Madenschraube genannt)
  

  Isometrische Projektion eines Gewindestiftes mit Innensechskant
  • Gewindestift mit Innensechskant und Kegelkuppe ISO 4026 (alt: DIN 913)
  • Gewindestift mit Innensechskant und Spitze ISO 4027 (alt: DIN 914)
  • Gewindestift mit Innensechskant und Zapfen ISO 4028 (alt: DIN 915)
  • Gewindestift mit Innensechskant und Ringschneide ISO 4029 (alt: DIN 916)
  • Gewindestift mit Schlitz und Kegelkuppe DIN 551
  • Gewindestift mit Schlitz und Spitze DIN 553
  • Gewindestift mit Schlitz und Zapfen ISO 7435 (alt: DIN 417)
  • Gewindestift mit Schlitz und Ringschneide DIN 438
• Sonstige Schrauben
  • Augenschrauben DIN 444
  • Flügelschrauben DIN 316
  • Rändelschrauben hohe Form DIN 464
  • Rändelschrauben niedrige Form DIN 653
  • Ringschrauben DIN 580
  • Verschlussschraube mit Innensechskant, kegeliges Gewinde DIN 906
  • Verschlussschraube mit Außensechskant, kegeliges Gewinde DIN 909
  • Verschlussschraube mit Bund und Innensechskant, zylindrisches Gewinde DIN 908
  • Verschlussschraube mit Bund und Außensechskant, schwere Ausführung, zylindrisches Gewinde DIN 910
  • Verschlussschraube mit Bund und Außensechskant, leichte Ausführung, zylindrisches Gewinde DIN 7604
  • Gewinde-Schneidschraube DIN 7513
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~2 d DIN 835
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~1 d DIN 938
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~1,25 d DIN 939
  • Stiftschrauben, Einschraubende ~2,5 d DIN 940

Es gibt noch eine Vielzahl von Spezialschrauben, die für spezielle Einsatzzwecke, bei denen keine Normschrauben verwendet werden können, konstruiert werden und sich im Wesentlichen durch ihre Kopf- bzw. Gewindeform unterscheiden (z. B. Bohrschraube mit Blechschraubengewinde DIN 7504)

Je nach der Kopfform braucht man den entsprechenden Schraubenschlüssel oder Schraubendreher zum Drehen der Schraube. Bei vielen Verbindungen ist es notwendig, einen Drehmomentschlüssel zu verwenden.

Die Längenangabe bezieht sich im allgemeinen auf die Länge ohne Kopf (also Gewinde plus ggf. Schaft), bei Senkkopfschrauben jedoch auf die Gesamtlänge inklusive Kopf.

Sonderbauformen

Eine von 16 Verbindungsschrauben für die Welle eines Generators an der Grand-Coulee-Talsperre

• Schrauben ohne Kopf können Stiftschrauben, Gewindestifte, Madenschrauben oder Gewindebolzen sein, mit einem zweigeteilten oder durchgehenden Gewinde. Ein Anwendungsbeispiel für einen Gewindestift ist der Befestigungsstift für Türgriffe, ein Beispiel für Stiftschrauben sind die Schrauben zur Verbindung des Zylinderkopfes mit dem Motorblock bei Kolbenmotoren. Das Dehnungsverhalten (Material und Querschnitt) von Zylinderkopfschrauben ist an die Verhältnisse angepasst.
• Bohrschrauben haben eine Spitze mit 2 Bohrschneiden, die geeignet ist, in nicht allzu dicke und harte Materialien (meist Bleche) ein Loch zu bohren, wodurch die Schraube in einem Arbeitsgang ohne Vorbohren und Gewindeschneiden verschraubt werden kann.
• Gewindeformende Schrauben (selbstformende Schrauben) formen selbst ein metrisches Gewinde in ein Sackloch oder ein Durchgangsloch aus Metall, ohne einen Span zu produzieren. Sie sind für weiche Materialien geeignet. Beim Einschrauben ist ein linear steigendes Drehmoment und ein höheres Anzugsmoment notwendig. Die Schrauben sind, da meist vergütet hergestellt, teurer als metrische Normschrauben, jedoch können im Gesamtprozess Kosten reduziert werden, da auf ein Gewindeschneiden im Gegenbauteil verzichtet werden kann. Ein geformtes Gewinde ist haltbarer als ein geschnittenes, da es besser zur Schraube passt und durch Kaltverfestigung oft härter ist. Solche selbstformenden Schrauben haben einen konischen Gewinde-Beginn, manche als Ausdrehsicherung ein leicht dreikantiges Profil.
• Blechschrauben und Schrauben für Kunststoff-Sacklöcher formen ebenfalls ein Gewinde, ähneln jedoch einer Holzschraube mit geringer Steigung. Selbstschneidende Schrauben besitzen Nuten ähnlich einem Gewindebohrer.
• Spannschlösser benötigen je eine Schraubenöse/-haken mit Rechts- und Linksgewinde. Sie dienen dem Spannen von Drähten und Seilen. Spannschrauben (siehe Spannschloss) haben dagegen an je einem Ende ein Links- und ein Rechtsgewinde.

Wiener Vorreiber für Holz

• Wiener Vorreiber für Holz, dient zum Beispiel zum einfachen Verschließen von Fenstern

Siehe auch: Dübel, Bewegungsschraube, Stockschraube, Normteil, Archimedische Schraube, Gewinde

Schraubensicherungen

Durch Verdrahten gesicherte Schraubverbindungen eines Flugzeugtriebwerkes

→ Hauptartikel: Schraubensicherung

In der Praxis unterscheidet man heute bei Schraubensicherungen die folgenden Kategorien:

• selbst- oder fremdhemmende Schraubensicherungen zur Aufrechterhaltung der Vorspannung
• als Verliersicherrung wirkende Schraubensicherungen wie z. B. Splinte, Federringe und spezielle Unterlegscheiben

Bei dynamischen Belastungen, Temperaturwechseln oder Kriechen der Verbindungspartner können Schraubverbindungen versagen (selbsttätiges Lösen oder Lockern). Eine Abhilfe dagegen bietet in erster Linie die korrekte Auslegung und Konstruktion der Schraubverbindung. Als Grundsatz gilt im Maschinenbau:

• Die zu verbindenden Bauteile sollen möglichst wenig nachgeben (hoher Elastizitätsmodul, kein Kriechen, hohe Härte)
• die zugehörige Schraube muss dagegen möglichst elastisch sein
• die Schraubenverbindung ist so hoch wie möglich vorzuspannen
• die Schraubenverbindung ist auf Vorspannung auszulegen, ein möglicher Querkraftschub ist über den Reibwert bei der Ermittlung der Betrieb- bzw. Vorspannkraft zu berücksichtigen

Die beste Schraubensicherung im Maschinenbau ist eine ausreichend hohe Vorspannkraft (Klemmkraft). Sie verhindert einerseits, dass sich die verspannten Bauteile durch eingeleitete Querkräfte gegeneinander verschieben können und axial eingeleitete Kräfte nicht zum Klaffen zwischen den Bauteilen führen.

An Stellen, wo das nicht möglich oder nicht ausreichend sicher ist (nachgiebige Verbindungspartner, keine ausreichende Härte im Bereich der Auflageflächen, hohe Sicherheitsanforderungen), können die Schraubverbindungen mit Klebstoff, Muttern mit Kunststoffeinsatz (selbsthemmende Muttern), Kronenmuttern mit Splint, mit einer Fokkernadel oder durch Verdrahten gesichert werden.

Insbesondere bei elektrischen Verbindungen (Schraubklemmen, Erdbolzen) müssen Zahnscheiben, Federringe und Unterlegscheiben verwendet werden, da Drähte zum Kriechen neigen, nicht ausreichend hart sind und auch oft Lackoberflächen durchgestoßen werden.

Das Kontern mit einer weiteren Mutter ist nur dann realisierbar, wenn die Kraft zwischen den Muttern deutlich größer als die Kraft der Verbindung ist. Eine aufwändige Methode ist, das Gewinde der Befestigungsmutter als Rechtsgewinde auszuführen, das zugehörige Gewinde der Kontermutter auf der Schraube dagegen als Linksgewinde. Diese Methode ist im Bergbau verbreitet, ebenso an alten Fahrrädern mit geschraubten Ritzeln auf der Hinterradnabe.

Die in Rohrverschraubungen in die Gewindegänge eingelegten PTFE-Bänder (früher Hanffasern) haben dagegen nichts mit der Sicherung der Schraubverbindung zu tun, sie dienen vielmehr zum Abdichten des Gewindes.

Anzieh-/Montageverfahren

Folgende Anziehverfahren werden heute in der Industrie für die Montage von Schraubenverbindungen angewendet:

• drehmomentgesteuertes Anziehen, z. B. mit elektrischem Drehmomentschlüssel
• drehmoment-drehwinkelgesteuertes Anziehen, z. B. mit Drehmomentdrehwinkelschlüssel
• streckgrenzengesteuertes Anziehen, z. B. mit Drehmomentdrehwinkelschlüssel
• hydraulisches Vorspannen
• thermisches Anziehen (vgl. Warmnieten)
• hydraulisches Schraubendrehen

Die Schraube sollte so angezogen werden, dass die zu übertragende Betriebskraft (z.B. die Antriebs- oder Bremsmomente einer Radverschraubung) über die Reibung in der Verbindung sicher übertragen werden können. Ist dies nicht der Fall und die Schraube wird Querkräften ausgesetzt, besteht die Gefahr des selbsttätigen Losdrehens oder des Schraubenbruchs.

Für die Berechnung und Auslegung von Schraubenverbindungen sei an dieser Stelle auf die VDI-Richtlinie VDI 2230-1: „Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen – Zylindrische Einschraubenverbindungen“ verwiesen.

Selten werden metallische Gewindeverbindungen auch gefettet. Rohrverschraubungen, die Sauerstoff transportieren, dürfen nicht gefettet werden. An Undichtigkeiten ausströmender Sauerstoff kann zur Selbstentzündung des Fettes führen.

Verbindungen an Lebensmittelleitungen müssen von Fremdstoffen frei bleiben, um eine Kontamination zu vermeiden.

Allgemein gilt die Regel, dass alle Schraubverbindungen aus Materialien mit möglichst gleichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen sollten, um so bei Temperaturschwankungen eine mechanische Wechselbelastung zu vermeiden.

Siehe auch

• Sicherheitsschraube

Weblinks

 Commons: Schraube – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Schraubenfibel – Technisches Nachschlagewerk rund um Verbindungselemente
• Schraubennormen – Schrauben und deren Zeichnungen
• Daten zu Normen, Werkstoffen, Festigkeiten
• Animationen zur Funktionsweise von gewindeformenden Schrauben und Schraubkurven
• Abbildungen verschiedener Vertiefungen auf Schraubenköpfen zum Kontakt mit einem Schraubendreher (englisch)
• Geschichte der Schraube