Eine Schraube, die als Verbindungselement dient, ist prinzipiell ein zylindrischer oder kegelförmig zugespitzter Stift oder Bolzen, auf dem ein Gewinde aufgebracht ist, und der zudem an seinem oberen Ende einen geometrisch verschieden ausgeführten Kopf aufweist. Das Gewinde kann prinzipiell als Keil oder schiefe Ebene betrachtet werden, der zur Wirkungsentfaltung durch Rotation wendelförmig aufgewickelt ist.
In einigen Fällen werden Schrauben zum Justieren verwendet. Dabei können verschiedene Parameter ausgewertet werden: Druck, Weg, Kapazitätsänderung und andere, teilweise ist diese Funktion mit der Schraube als Verbindungselement gekoppelt.
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Die früheste Verwendung stellt die Archimedische Schraube dar, die der assyrische König Sin-ahhe-eriba zur Wasserversorgung der Hängende 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.
Im 1. Jahrhundert v. Chr. waren Schrauben aus Holz im Mittelmeerraum für Öl- und Weinpressen verbreitet.
Obwohl Metallschrauben als Befestigungsmaterial in Europa zu Beginn des 15. Jahrhunderts auftauchten, konnten sich diese (zum Beispiel in der Holzverarbeitung) erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts durchsetzen. Durch die Industrialisierung konnten Schrauben als Massenware produziert werden.
Nachfolgend eine Zeittafel der neuzeitlichen Errungenschaften:
Schrauben dienen als lösbare Verbindungen von Bauteilen aller Art, insbesondere sollen sie zwei oder mehr Teile so verbinden, dass nur sie selbst auf Zug beansprucht werden und die zu verbindenden Teile durch die Haftreibung fixiert werden. Die Kraft, die zum Verbinden der Teile aufzubringen ist, nennt man Montagevorspannkraft. Schrauben werden auch als Scher-Lochleibungsverbindungen eingesetzt oder auf Biegung beansprucht.
Schrauben werden zur Anwendung gebracht, indem sie in ein „Muttergewinde“ bzw. Innengewinde eingedreht werden und dabei ihre wirksame Länge zunehmend vergrößern, bis sie die zu verbindenden Teile zusammendrücken. Das zugehörige Muttergewinde muss als zusätzliche Schraube oder in das Verbindungsteil eingeschnittenes Gewinde bereitgestellt werden, oder die Schraube schneidet sich während der Drehung selbst ihr Gewinde in das Material (siehe Schneidschraube, Blechschraube und Holzschraube).
Der Kopf mit seiner jeweils speziellen Form dient einerseits als Angriffspunkt für das zugehörige Drehwerkzeug (Schraubenschlüssel, Schraubendreher, Innensechskantschlüssel etc.) andererseits als Druckfläche zum Andrücken des „obersten“ Teils auf das darunterliegende zu verbindende Teil.
Schrauben können sich durch die Richtung unterscheiden, in welcher sie eingeschraubt werden. Als rechtsdrehend bezeichnet man in der Mechanik Gewinde von Schrauben, wenn sich die Schraube beim Drehen im Uhrzeigersinn vom Betrachter wegbewegt. Bezugsrichtung ist die Bewegung der Schraube in Längsrichtung, wenn sie gedreht wird. Daher gilt der Drehsinn sowohl für das Eindrehen (rechts drehen, vorwärts bewegen) als auch für das Ausdrehen (links drehen, rückwärts bewegen). Bei linksdrehenden Gewinden erfolgt das Einschrauben gegen den Uhrzeigersinn.
Beschädigte Schrauben, bei denen der Kopf fehlt, können z. B. mit einem Linksausdreher entfernt werden. Schrauben bestehen in der Regel aus einem metallischen Werkstoff und werden in zahlreichen verschiedenen Größen, Formen, Materialien und Oberflächen gefertigt. Für spezielle Anwendungen stehen auch Schrauben aus Kunststoff und Keramik zur Verfügung.
Es gibt Schrauben mit weniger als einem halben Millimeter Durchmesser für Uhrwerke oder auch mannshohe, schenkeldicke Verbindungselemente an Großmaschinen oder Bauwerken.
Aufgrund steigender Wiederverwertungsquoten und Rohstoffpreise sind Schraubverbindungen nach wie vor aktuell oder sogar im Aufwärtstrend. Sie erleichtern es Zerlegebetrieben, ausgediente Geräte und Anlagen sortenrein zu trennen und gegebenenfalls Komponenten wiederzuverwenden.
Für die Produktion von Kopfschrauben gibt es heute hauptsächlich zwei Herstellverfahren:
Aus Kostengründen weniger gebraucht, wird heute die Fertigung großer Stückzahlen von Schrauben und Muttern auf automatischen Drehmaschinen. Bei kleinen Stückzahlen ist aber die Fertigung auf Drehmaschinen 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.
Siehe hierzu auch Herstellverfahren
Schwach korrodierende Schrauben (abhängig von den Umgebungsbedingungen) bestehen aus nichtrostendem Stahl, Nickellegierungen, Kupferlegierungen, Kunststoffen, gelegentlich Aluminium, Titan (meist in der Legierung 6AL4V) oder neuerdings auch aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (umgangssprachlich Carbon).
Stahlschrauben werden durch unterschiedliche Oberflächenbehandlungen gegen Korrosion geschützt.
Die meisten Schrauben werden bereits beim Hersteller beschichtet:
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 hiervon 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.
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 Kennzeichnung werden alle relevanten Daten angegeben, ein Beispiel ist:
ISO 4014 – M10 × 60–8.8
Aus der Bezeichnung ist aufgrund der ISO-Norm 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.
ISO 8765 – M20 × 2 × 60–8.8
Der Kennzeichnung dieser Sechskantschraube ist noch die Steigung von 2,0 mm hinzugefügt und es handelt sich somit um ein Feingewinde, denn eine Schraube mit Regelgewinde hätte eine Steigung von 2,5 mm. 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 Rm und die Streckgrenze Rel errechnen. Als Beispiel die Festigkeitsklasse 8.8:
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 Werkstoffnummer 1.4439 oder 1.4462 zum Einsatz, beispielsweise im Offshore-Bereich. „Nichtrostende“ (eigentlich: korrosionsarme) Schrauben haben einen silbrig-gelblichen, matten Glanz und sind oft (sofern austenitisch) nicht magnetisch.
Je nach Art des Verwendungszwecks oder des Materials, in welches die Schraube geschraubt werden soll, hat sie ein genormtes Gewinde, welches ein fertiges Gegengewinde erfordert, oder sie besitzt ein selbstschneidendes Gewinde.
Es wird unterschieden nach
Von Elektrogeräte-Herstellern werden oft Schrauben mit ungewöhnlichen Schraubenköpfen verwendet, um Laien das Öffnen der Geräte zu erschweren:
Für besondere Anwendungsgebiete gibt es weitere Formen
Rändelschrauben und Rändelmuttern haben einen gerändelten Kopf und können ohne Werkzeug angezogen werden.
Flügelschrauben und -muttern sind ebenfalls von Hand zu lösen.
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. Wo definierte Vorspannkräfte in Schraubenverbindungen einzubringen sind, kommen hydraulische Vorspannverfahren (drehend oder ziehend) zur Anwendung.
Die Längenangabe bezieht sich im allgemeinen auf die Länge ohne Kopf (also Gewinde plus ggf. Schaft), bei Senkkopfschrauben jedoch auf die Gesamtlänge inklusive Kopf.
Siehe auch: Dübel, Bewegungsschraube, Stockschraube, Normteil, Archimedische Schraube, Gewinde
Hauptartikel: Schraubensicherung
Bei dynamischen Belastungen (Querschub), 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 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. Es werden hier Schraubverbindung mit hochfesten Schrauben (→ ab Festigkeitsklasse 8.8) und Muttern verwendet und es wird auf Federringe, Unterlegscheiben oder Zahnscheiben verzichtet.
An Stellen, wo dies 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 durchstoßen werden müssen.
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.
Bei Rohrverschraubungen wurden früher und werden vereinzelt noch heute Hanffasern in den Gewindegang eingelegt, um Dichtigkeit zu erreichen. Heute verwendet man auch PTFE-Band (Dichtungsband). Die Sicherheit gegen das Lösen wird bei diesen Verschraubungen durch konische Gewinde (Kraftschluss) erreicht.
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 Lebensmittel transportierenden Leitungen müssen von Fremdstoffen frei bleiben, um eine Kontamination zu vermeiden.
Allgemein gilt die Regel, dass alle Schraubverbindungen aus Materialien des möglichst gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen sollten, um so bei Temperaturschwankungen eine mechanische Wechselbelastung zu vermeiden.
Für die Berechnung und Auslegung von Schraubenverbindungen sei an dieser Stelle auf die VDI-Richtlinie 2230, Teil 1: „Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen – Zylindrische Einschraubenverbindungen“ verwiesen.
Folgende Anziehverfahren werden heute in der Industrie für die Montage von Schraubenverbindungen angewendet:
Commons: Schraube – Bilder, Videos und AudiodateienAnna Akhmatova et Marina Tsvetaeva
Deux femmes russes poètes prises au coeur de la tourmente russe du début du siècle, deux femmes russes reclues dans leur oeuvre face à un monde hostile. Ces deux femmes russes sont le visage de la Russie ancienne et moderne.
"Qu'une femme russe vaut bien plus, en somme que les hommes russes qui se battent, et que leur chagrin pour les hommes me fait aimer les femmes russes ici-bas."
