Schrauben (Begriffsklärung)

Eine Schraube ist ein Stift oder Bolzen, der außen mit einem Gewinde versehen ist. Eine mit einer Schraube hergestellte Verbindung ist in der Regel kraft- und formschlüssig und wieder lösbar. Grundsätzlich ist zwischen sogenannten Holz- und Metallschrauben zu unterscheiden.

Holzschrauben sind schwach konisch und werden vorwiegend in Holz eingeschraubt, worin sie sich ein Gegengewinde selbst schneiden. Ein besonderes und angepasstes Gegenstück wie die Mutter existiert nicht.

Eine Metallschraube ist meistens zylindrisch und wird in ein Gegengewinde, das sich in der Mutter oder einem anderen an der Verbindung beteiligten Teil befindet, geschraubt. Sie heißt Metallschraube, weil sie im Metallgewerbe entwickelt wurde und vorwiegend dort verwendet wird.

Sowohl Holz- als auch Metallschrauben bestehen meistens aus Metall (vorwiegend Stahl, Messing oder manchmal Kupfer), seltener aus Kunststoff.

Bei Schrauben mit Kopf (kegel-, scheiben- oder linsenförmig) 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 für das 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.

Im vorliegenden Artikel werden vorwiegend die Eigenschaften von Metallschrauben beschrieben.

Schrauben Geschichte

Eine Schraube ist ein Stift oder Bolzen, der außen mit einem Gewinde versehen ist. Eine mit einer Schraube hergestellte Verbindung ist in der Regel kraft- und formschlüssig und wieder lösbar. Grundsätzlich ist zwischen sogenannten Holz- und Metallschrauben zu unterscheiden.

Holzschrauben sind schwach konisch und werden vorwiegend in Holz eingeschraubt, worin sie sich ein Gegengewinde selbst schneiden. Ein besonderes und angepasstes Gegenstück wie die Mutter existiert nicht.

Eine Metallschraube ist meistens zylindrisch und wird in ein Gegengewinde, das sich in der Mutter oder einem anderen an der Verbindung beteiligten Teil befindet, geschraubt. Sie heißt Metallschraube, weil sie im Metallgewerbe entwickelt wurde und vorwiegend dort verwendet wird.

Sowohl Holz- als auch Metallschrauben bestehen meistens aus Metall (vorwiegend Stahl, Messing oder manchmal Kupfer), seltener aus Kunststoff.

Bei Schrauben mit Kopf (kegel-, scheiben- oder linsenförmig) 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 für das 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.

Im vorliegenden Artikel werden vorwiegend die Eigenschaften von Metallschrauben beschrieben.

Mechanik einer Schraubverbindung

Das Gewinde einer Schraube kann geometrisch als aufgerollter Keil aufgefasst werden.[1] Die Reibung (Haftreibung, Selbsthemmung) verhindert bei Belastung auf die Keilfläche das Wegrutschen des Keils beziehungsweise das Losdrehen einer Schraube. Durch Vibrationen kann es aber zum selbsttätigen Lösen kommen, weshalb in solchen Fällen meistens eine (formschlüssige) Schraubensicherung nötig ist.

Die durch Anziehen einer Schraubverbindung entstehende axiale Kraft bewirkt eine geringe elastische Verformung des Schraubenschaftes und des Werkstücks. Der Schraubenschaft wird dabei gedehnt, die verspannten Werkstücke werden gestaucht. Die elastisch verformte Schraubenverbindung wirkt wie eine harte Feder und ist gegen Losdrehen kraftschlüssig gesichert, solange diese Federvorspannung zum Beispiel durch Kriechen (langsame plastische Verformung) nicht abgebaut wird. Holzschraubenverbindungen sind wegen der Kriechneigung des Holzes besonders betroffen. Eine ausreichend dauerhaft sichere Verbindung nach diesem Prinzip ist nur die besonders weiche Dehnschrauben-Verbindung (mit Metallschraube), die zum Beispiel zwischen Zylinderkopf und Motorblock in Verbrennungsmotoren angewendet wird. Der Schaft einer solchen Schraube ist extra lang, um als weiche Feder zu wirken. Die Dehnschraubenverbindung ist weniger gegen Kriechen empfindlich und lässt auch zu, dass sich ihre Betriebskraft in größerem Maße ändert. Innerhalb eines größeren Bereichs periodischen Betriebskraftwechsels wird die Verbindung weder aufgehoben, noch wird die Schraube über die Dehngrenze hinaus beansprucht. Dehnschraubenverbindungen kommen ohne zusätzliche Schraubensicherung aus.

In den Schraubenschaft werden über die Ringfläche unter dem Kopf und über das Gewinde Kräfte eingeleitet, die ihn vorwiegend auf Zug beanspruchen. Wegen des Reibungswiderstandes im Gewinde und unter dem Kopf gegen das Verdrehen durch Anziehen wird er auch auf Torsion beansprucht. Scherbeanspruchung kann entstehen, wenn sich zwei zusammengeschraubte Teile quer bewegen, Biegebeanspruchung, wenn die Fläche unter dem Kopf (oder/und der Mutter) nicht rechtwinklig zum Schaft ist. Das Gewinde stellt eine Kerbung der Oberfläche dar, wodurch die Belastbarkeit des Schafts auf Zug, Scherung und Torsion gegenüber einem glatten Bolzen herabgesetzt wird.

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