Schrauben-Assistent VDI 2230 Pro

Schraubenauswahl & Sackloch

Dynamisches Plattenpaket

Schicht Dicke h [mm] Material

Betriebskräfte & Reibung

Berechnungsergebnisse (VDI 2230)

Montagevorspannung FM,max –
Mindestvorspannkraft FM,min –
Anziehdrehmoment MA –
Kraftverhältnis ΦK –
Sicherheit gegen Fließen SF
–
Einschraubtiefe le (aktiv / min) –
Rutschsicherheit SG (bei FQ)
–
Dichtheit / Fugenspalt –

Schraubenverbindungen berechnen nach VDI 2230

Eine Schraube ist keine Klammer, sondern eine vorgespannte Feder. Ihre Aufgabe ist es, die Bauteile mit einer Vorspannkraft FM so fest aneinanderzupressen, dass die Betriebslast über Reibung in der Trennfuge übertragen wird — nicht über den Schraubenschaft. Wird eine Verbindung zu schwach angezogen, klafft sie auf und die Schraube ermüdet unter der wechselnden Last. Genau das ist die häufigste Ursache für Schraubenbrüche.

Vorspannkraft und Anziehmoment

MA = FM · ( 0,16 · P + 0,58 · d2 · μG + DKm/2 · μK ) M_A = Anziehmoment in Nmm · F_M = Vorspannkraft in N · P = Steigung in mm d_2 = Flankendurchmesser · μ_G = Gewindereibzahl · μ_K = Kopfreibzahl D_Km = mittlerer Auflagedurchmesser des Kopfes

Bemerkenswert an dieser Formel ist die Aufteilung: Nur etwa 10 bis 15 % des aufgebrachten Moments werden tatsächlich in Vorspannkraft umgesetzt. Der große Rest geht in Gewinde- und Kopfreibung verloren. Deshalb ist die Reibzahl der mit Abstand einflussreichste Parameter der ganzen Rechnung — eine geölte Schraube erreicht bei gleichem Drehmoment eine erheblich höhere Vorspannkraft als eine trockene.

Rechenbeispiel: M8 der Festigkeitsklasse 8.8

Gegeben: M8, Festigkeitsklasse 8.8, Gesamtreibzahl μges = 0,14, Ausnutzung der Streckgrenze zu 90 %

Montagevorspannkraft: rund 16 kN

Anziehmoment: rund 23 Nm

Dieselbe Schraube trocken montiert (μ ≈ 0,20) bräuchte für dieselbe Vorspannkraft etwa 32 Nm. Wer sie stattdessen weiter mit 23 Nm anzieht, erreicht nur noch rund 70 % der geplanten Klemmkraft — bei unveränderter Anzeige am Drehmomentschlüssel.

Einschraubtiefe und Werkstoff

Damit die Schraube versagt und nicht das Gewinde im Bauteil ausreißt, muss die tragende Einschraublänge zum Werkstoff passen. Als Anhaltswerte gelten etwa 1 × d in Stahl, 1,25 × d in Guss und 1,5 bis 2 × d in Aluminium. Bei weichen Werkstoffen ist außerdem die Flächenpressung unter dem Schraubenkopf zu prüfen — wird die Grenzflächenpressung überschritten, setzt sich der Kopf ein und die Vorspannkraft geht mit der Zeit verloren.

Schraubenverbindung im Schnitt mit den Längen l, l_k und l_e Eine M12-Schraube der Länge 60 mm durchdringt zwei je 15 mm dicke Platten und greift danach 30 mm tief in das Innengewinde eines Bauteils. Die Klemmlänge beträgt 30 mm, die Einschraubtiefe ebenfalls 30 mm; gefordert sind mindestens 14,4 mm. Platte 1 15 mm Platte 2 15 mm Bauteil mit Innengewinde Schraube M12 le,min = 14,4 mm lk = 30 mm Klemmlänge le = 30 mm Einschraubtiefe l = 60 mm Schraubenlänge
Die Einschraubtiefe le ist der Teil der Schraube unterhalb der Klemmplatten. Was nicht geklemmt wird, trägt im Innengewinde: le = l − lk.

Häufige Fragen

Was bedeutet die Festigkeitsklasse 8.8?

Die erste Zahl mal 100 ergibt die Mindestzugfestigkeit in N/mm², hier also 800 N/mm². Beide Zahlen multipliziert und mal 10 ergeben die Streckgrenze: 8 · 8 · 10 = 640 N/mm². Eine 10.9 erreicht entsprechend 1000 N/mm² Zugfestigkeit und 900 N/mm² Streckgrenze.

Warum ist die Reibzahl so entscheidend?

Weil das Drehmoment nur ein indirektes Maß für die Vorspannkraft ist. Streut die Reibung zwischen 0,10 und 0,20 — was bei unbehandelten Oberflächen realistisch ist — streut die erreichte Vorspannkraft bei gleichem Anziehmoment um nahezu den Faktor zwei. Deshalb schreibt VDI 2230 die Reibzahl als Randbedingung ausdrücklich mit vor.

Warum brechen Schrauben eher bei zu geringer als bei zu hoher Vorspannung?

Eine gut vorgespannte Schraube spürt von einer schwellenden Betriebslast nur einen kleinen Anteil, weil der größte Teil der Last die Klemmkraft in den Bauteilen abbaut. Ist die Vorspannung zu klein, klafft die Trennfuge auf und die volle Lastwechselamplitude wirkt auf die Schraube — sie geht dann durch Dauerbruch zugrunde.

Wozu dienen Federringe und Sicherungsscheiben?

Bei hochfesten, korrekt vorgespannten Verbindungen praktisch zu nichts: Ihre Federkraft ist gegenüber der Vorspannkraft verschwindend gering. Wirksam gegen selbsttätiges Losdrehen sind formschlüssige Sicherungen, Klebstoff oder — am zuverlässigsten — eine ausreichend hohe Vorspannkraft mit genügend elastischer Nachgiebigkeit.

Mit wie viel Nm zieht man eine M8-Schraube an?

Eine M8 der Festigkeitsklasse 8.8 wird bei µ = 0,14 mit rund 25 Nm angezogen, in 10.9 mit etwa 36 Nm und in 12.9 mit 43 Nm. Die Werte gelten für geschmierte oder gefettete Verbindungen; trocken und rau (µ = 0,20) sinkt die erreichte Vorspannkraft bei gleichem Moment deutlich. Alle Größen und Reibungszahlen stehen unter /anzugsmoment/m8-8-8 und entsprechend.

Was ist der Unterschied zwischen Anzugsmoment und Vorspannkraft?

Die Vorspannkraft hält die Verbindung zusammen, das Anzugsmoment ist nur das Mittel, sie zu erzeugen. Vom aufgebrachten Moment gehen typischerweise rund 90 Prozent als Reibung in Gewinde und Kopfauflage verloren; nur etwa ein Zehntel wird in Vorspannung umgesetzt. Deshalb streut die Vorspannkraft beim Anziehen mit dem Drehmomentschlüssel um ±20 bis 30 Prozent — und deshalb wird bei kritischen Verbindungen drehwinkel- oder streckgrenzengesteuert angezogen.

Darf man eine Schraube ein zweites Mal verwenden?

Bei drehmomentgesteuertem Anziehen im elastischen Bereich ja, sofern Gewinde und Kopfauflage unbeschädigt sind und keine mikroverkapselte Klebstoffbeschichtung vorlag. Streckgrenzen- oder drehwinkelgesteuert angezogene Schrauben werden dagegen bleibend gedehnt und sind Einwegteile — dasselbe gilt für Dehnschrauben. Im Zweifel entscheidet die Montagevorschrift, nicht das Aussehen der Schraube.