Marmor, Stein und Eisen bricht – Schrauben dürfen das nicht!

Kaum ein anderes Industrieprodukt ist je nach Anwendungsbereich so stark in DIN-Normen unterteilt wie Schrauben bzw. die Materialien, aus den Schrauben für jeden speziellen Anwendungsbereich gefertigt werden. Eine kleine Strapaze zu viel, und schon gibt es bei der Montage erste Probleme. Ist diese dann aber erfolgreich gewesen, beginnt, im physikalischen Sinne, erst die eigentliche Arbeit der Schraubverbindung. 

Es gibt keine guten und schlechten Schrauben - nur geeignete und ungeeignete
 

Schrauben werden in Festigkeitsklassen unterteilt. In der Verbindungstechnik treten meist zwei unterschiedliche Eigenschaften in den Vordergrund: Zugfestigkeit und Druckfestigkeit. Der Werkstoff, aus dem Schrauben und Schraubmuttern gefertigt sind, hat großen Einfluss auf die Belastbarkeit bei solchen Beanspruchungen. Wie bei anderen Werkstoffen muss bei der Verwendung von Schrauben eine primär geforderte Eigenschaft vorgegeben sein, die für den Einsatzzweck unabdingbar ist. Den einen universalen Werkstoff, der unter allen Witterungsbedingungen und Einfluss aller denkbaren Kräfte gleichermaßen zuverlässig ist, gibt es noch nicht - und er wird wohl noch lange auf sich warten lassen. Vor allem künstliche Werkstoffe können eine ganz bestimmte überragende Eigenschaft nur durch Inkaufnahme eines spezifischen Nachteils erreichen. Und der darf dann bei der Anwendung keine Rolle spielen. Diese grundsätzliche Möglichkeit, durch spezielle Metalllegierungen bestimmte Eigenschaften stärker zu betonen, nutzen selbstverständlich auch die Hersteller von Schrauben und Schraubmuttern. Allerdings bewegen sie sich dabei in sehr engen Toleranzbereichen. 

Welchen Kräften müssen Schraubverbindungen standhalten?
 

Mit der sogenannten Streckgrenze ist speziell für Schrauben ein spezifisches Merkmal gegeben, das in vielen Anwendungen von Metallen und anderen Werkstoffen eine eher geringe Rolle spielt. Gemeint ist damit die Grenze, bis zu der ein Werkstoff mechanisch beansprucht werden kann, ohne nach einer Streckung oder Dehnung dauerhaft seine Form zu verändern. Die Stahlträger einer Brücke können sich einen gewissen Grad an dauerhafter Verformung leisten, Schrauben nicht. In vielen Fällen wirken auf Metalle oder Werkstoffe weder extreme äußere Temperaturbedingungen noch exzessive mechanische Kräfte ein, auf eine Schraube schon. Eine Schraube darf und muss sogar nach der Montage in gewisser Weise "weich" sein, das aber bei aller vorangegangenen Härte. 

Härte, Kälte, Sprödigkeit
 

Unter dem zusätzlichen Einfluss von Kälte ist speziell die dauerhafte Bruchsicherheit bei vielen Materialien nicht mehr gewährleistet, wenn das Material nicht elastisch genug ist. Elastizität und stabile Härte gleichzeitig, auch bei extremer Kälte an der Grenze zur Bruchsprödigkeit - das zu erreichen ist die Kunst der Verbindungsspezialisten in der Schraubenherstellung. Hier zeigt sich, was bereits Gelegenheitshandwerker wissen: Eine Schraube ist nicht gleich Schraube. 

Eine große Variation an Metalllegierungen - in der Schraubenproduktion Standard
 

Die Oberflächenbehandlung von Schrauben als Korrosionsschutz und dem damit einhergehenden Schutz vor Sprödbruch gehört in der Herstellung von Schrauben zum Standard. Vor allem ist die Branche aber bestrebt, mit unterschiedlichsten Metalllegierungen für vorherberechnete Belastungen ein optimales Verhältnis zwischen Festigkeit und Dehnbarkeit zu erzielen. Dass das Nachziehen von Schrauben zu den Standards vieler Wartungsarbeiten in Industrie- und Transportanlagen gehört, rührt von dieser Eigenschaft her: Schrauben weisen eine gewisse Materialflexibilität auf, um dem Sprödbruch entgegenwirken zu können.

Der Schraube kommt in allen mechanischen Verbindungen zwischen zwei Werkstoffen die Aufgabe zu, die Kräfte, die auf die Verbindung wirken, zu kompensieren. Die Stabilität der Verbindung muss grundsätzlich erhalten bleiben. Es darf nicht ausgerechnet in der Schraube ein Bruch entstehen. 

Schraubverbindungen in extremer Kälte: ein naheliegendes Beispiel
 

Man muss nicht gleich nach Sibirien reisen, um Anwendungen zu entdecken, die für eine Schraube besonders strapaziös sind: Bei minus 20 Grad, in den Alpen durchaus keine ungewöhnliche Temperatur, kann jeder Passagier vom Sessellift eines Skigebietes aus Schrauben besichtigen, an denen bei extremeren Witterungsbedingungen viel Verantwortung hängt. Zu hohe Sprödigkeit, die bei Kälteeinfluss zunehmend steigt, führt zu hoher Bruchwahrscheinlichkeit. Dem wirken die Hersteller mit Legierungen entgegen, die bei gleichzeitiger Härte und innerer Festigkeit die gebotene Verformbarkeit bieten. 

Schrauben aus unterschiedlichsten Legierungen auch für extreme Anwendungsbedingungen
 

Im Transportwesen, speziell im Flug- und Schienenverkehr, wo extreme Kältezonen durchflogen oder durchfahren werden, spielen kältebeständige Spezialschrauben naturgemäß seit jeher eine große Rolle, ebenso in allen Anwendungen der Kälte- und Klimatechnik. Die Wärmebeständigkeit von Schrauben ist im Vergleich zu Anwendungen in extremer Kälte die etwas weniger herausfordernde Anwendung. Die Schmelzpunkte aller Metalle sind bekannt. Werkstoffe werden bezüglich ihrer Warmfestigkeit nach DIN normiert. Geeignete Qualitätsschrauben aus Edelstahllegierungen mit entsprechend hohen Warmstreckgrenzen finden Einkäufer, Ingenieure und Konstrukteure durch die Kombination aus geeigneter Festigungsklasse und Wärmestreckgrenze.