Was halten Schrauben aus?

Höchster Belastung standhalten

Die mechanischen Eigenschaften einer Schraube sind entscheidend.

Welches Gewicht können Schrauben halten? Was hält eine Schraube aus?

Ob beim Anbringen eines Regals oder im Maschinenbau – als Verbindungselemente sind Schrauben unverzichtbar. Ihr grosser Vorteil: Man kann sie jederzeit wieder lösen. Damit eine Schraube auch höchsten Belastungen standhält, müssen ihre mechanischen Eigenschaften dem jeweiligen Zweck entsprechen. Wir verraten dir, wie du herausfindest, was Schrauben aushalten und wie du eine Schraube löst, wenn sie doch einmal abgebrochen ist.

Inhalt

Wie viel Gewicht hält eine Schraube aus?

Schrauben sind so unterschiedlich wie die Bereiche, in denen sie verwendet werden. Neben Material, Gewindeform und Schraubenkopf-Form sowie -Antrieb spielt bei Schrauben ab einem Durchmesser von 5 mm auch die Festigkeitsklasse eine Rolle für die richtige Wahl. Gerade wenn Schrauben in einem Kraftfahrzeug ausgewechselt werden, muss die Festigkeit unbedingt beachtet werden. Auf keinen Fall sollten Schrauben mit einem niedrigeren Festigkeitswert verwendet werden.

Was aber sagt die Festigkeitsklasse aus? Der zweistellige, durch einen Punkt getrennte Nummerncode, der auf dem Schraubenkopf zu finden ist, gibt Aufschluss über die Zugfestigkeit und die Streckgrenze der Schraube. Daraus lässt sich errechnen, wie viel Kraft eine Schraube aushält, bevor sie bricht, bzw. bei welcher Belastung sie beginnt, ihre Form zu verändern. Folgende Festigkeitsklassen sind gemäss der Normung für mechanische und physikalische Eigenschaften (EN ISO 898-1) gängig:

Festigkeitsklassen

Zugfestigkeit in N/mm²

Streckgrenze in N/mm²

4.6

 400

 240

4.8

 400

 320

5.6

 500

 300

5.8

 500

 400

6.8

 600

 480

8.8

 800

 640

10.9

1‘000

 900

12.9

1‘200

1‘080

 

Als Standard in der Industrie hat sich die Klasse 8.8 bewährt. Weichere Schrauben entsprechen den Klassen ab 4.6 und sehr feste Schrauben, wie sie bei Verbindungen im Metallbau verwendet werden, haben die Festigkeitsklasse 10.9 und darüber. In den Baumärkten werden in der Regel Schrauben der Klasse 4.6 angeboten.

Tipp: Bei der Auswahl der passenden Schrauben gilt nicht die Regel «je fester, desto besser». Denn je fester eine Schraube, desto spröder kann sie mit der Zeit werden und desto höher ist die Bruchgefahr. Schon eine Schraube der Klasse 4.8 bietet im Normalfall ausreichende Festigkeit und ist gleichzeitig elastischer als eine 8.8er- oder eine 12.9er-Schraube.

Doch wie viel Gewicht hält eine solche Schraube tatsächlich aus? Die erste Ziffer im Nummerncode der Festigkeitsklasse entspricht 1/100 der Mindestzugfestigkeit. Mit 100 multipliziert ergibt das bei der Standardschraube 8.8 einen Wert von 800 N/mm². N steht für Newton, die physikalische Einheit für Kraft. Die Umrechnung von Newton in Kilogramm ist zwar physikalisch nicht ganz korrekt, weil es sich dabei um zwei völlig unterschiedliche Einheiten handelt, zur groben Orientierung für den Alltag können jedoch für 1 kg etwa 10 N gerechnet werden. Um die maximal zulässige Belastung pro Quadratmillimeter bis zur Formveränderung zu ermitteln (Streckgrenze) – also die Elastizität der Schraube – wird die erste Zahl des Nummerncodes mit der zweiten multipliziert und dann mit 10 multipliziert.

Was hält eine Schraube aus: Schraubensicherungen und weitere Faktoren

Die Werte, die sich aus der Festigkeitsklasse ergeben, gelten bei einer Raumtemperatur um die 20 °C sowie bei einer ruhenden Last. Vibrationen, Lastwechsel und schwankende Temperaturen können die Belastungsgrenze heruntersetzen. Um unter solchen Bedingungen eine lösbare Schraubverbindung zu sichern, kommen Schraubensicherungen wie Kontermuttern, Stoppmuttern, U-Scheiben oder Federringe zum Einsatz. Je nach Sicherung wirken sie dem Lösen einer Schraubverbindung entgegen oder sichern die Schraube für den Fall, dass sie sich löst.

Wie viel Kraft eine Schraube übertragen kann, ist auch vom Anziehdrehmoment abhängig. Wie stark darf die Schraube angezogen werden? Auch hierfür gibt es physikalische Berechnungen, bei denen neben der Festigkeitsklasse auch Faktoren wie Gewindedurchmesser, Gewindeart und Reibungszahl zu berücksichtigen sind. 

Schraube abgebrochen – wie lässt sie sich jetzt entfernen?

So sehr man auch darauf achtet, die richtigen Schrauben zu verwenden: Mit der Zeit können Schrauben spröde werden, rosten oder aufgrund anderer Ursachen wie einem zu hohen Anziehdrehmoment oder zu weichem Material der Belastung nicht mehr standhalten. Wie lässt sich eine abgebrochene Schraube entfernen? Und wie löst man eine Schraube, deren Schraubenkopf so abgenutzt ist, dass der Schraubendreher nicht mehr greift?

Wenn noch ein Stück Schraube fassbar ist, lässt sich die Schraube häufig mithilfe einer Zange entfernen. Steht kein Material mehr über, an dem man die Schraube noch zu fassen kriegen könnte, kommt der Schraubenausdreher zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen konischen Stift aus CV-Stahl mit einem linksdrehenden Gewinde an der Spitze, mit dem die Schraube entfernt werden kann, ohne dass das Gewinde beschädigt wird. So gehst du am besten vor, um eine abgebrochene Schraube zu entfernen:

  1. Feile die unebenen und scharfen Kanten an der Bruchstelle der Schraube mit einer Flachfeile glatt, um anschliessend einen Körner ansetzen zu können.
  2. Mit einem Körner lässt sich eine kleine Vertiefung auf der Oberfläche der Schraube erzeugen. Setze diesen dafür in der Mitte an und versetze ihm ein paar leichte Schläge mit dem Hammer. So bildet sich eine kleine Mulde.
  3. Mit einem scharfen Metallbohrer versiehst du die Schraube nun mit einem Loch. Wichtig dabei: Der Durchmesser des Bohrers darf höchstens die Hälfte des Schraubendurchmessers betragen. Nur so kann das Gewinde der festsitzenden Schraube heil bleiben.
  4. Jetzt kommen Windeisen und Ausdreher zum Einsatz. Das Windeisen wird auf dem oberen Ende des Schraubenausdrehers fixiert, dann wird dieser in das gebohrte Loch in der Schraube gesetzt und gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Dabei entsteht eine so hohe Reibung, dass die Schraube sich ab einem bestimmten Punkt mitdreht und dadurch löst.

Tipp: Handelt es sich um eine reine Metallverbindung, kannst du dir die Naturgesetze zunutze machen. Das Material schrumpft bei Kälte und dehnt sich bei Wärme aus. Wenn du das Werkstück erwärmst und die Schraube gleichzeitig kühlst, könnte das also helfen, die Schraube zu lösen. Bei verrosteten Schrauben hilft ausserdem ein Rostlöser (Kriechöl).

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