Welche Schrauben gelten als hochfest?

Hochfeste Schrauben sind spezielle Befestigungselemente, die im Vergleich zu Standardschrauben eine höhere Klemmkraft und Zugfestigkeit bieten. Sie sind in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Bauingenieurwesen, im Automobilbau und bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Hier finden Sie eine umfassende Übersicht über hochfeste Schrauben:

Definition und Standards: Hochfeste Schrauben werden typischerweise durch ihre Streckgrenze und Zugfestigkeit definiert. Nach internationalen Standards gelten Schrauben mit einer Mindestzugfestigkeit von 800 MPa (116.000 psi) im Allgemeinen als hochfest. Die genaue Definition kann jedoch je nach spezifischer Norm oder Anwendung variieren.

Gängige Arten hochfester Schrauben:

1. ASTM A325-Schrauben:

• Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, vergütet
• Mindestzugfestigkeit: 120–150 ksi (825–1035 MPa)
• Wird häufig in Baustahlverbindungen verwendet

2. ASTM A490-Schrauben:

• Legierter Stahl, wärmebehandelt
• Mindestzugfestigkeit: 150–170 ksi (1035–1170 MPa)
• Höhere Festigkeit als A325, wird für schwere Strukturanwendungen verwendet

3. SAE J429 Klasse 8 Schrauben:

• Legierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, vergütet
• Mindestzugfestigkeit: 150 ksi (1035 MPa)
• Weit verbreitet in Automobil- und Maschinenanwendungen

4. ISO 898-1 Klasse 10.9 Schrauben:

• Legierter Stahl, wärmebehandelt
• Mindestzugfestigkeit: 1040 MPa (151 ksi)
• In europäischen und internationalen Ingenieuranwendungen üblich

5. ISO 898-1 Klasse 12.9 Schrauben:

• Legierter Stahl, wärmebehandelt
• Mindestzugfestigkeit: 1220 MPa (177 ksi)
• Wird in hochbeanspruchten Anwendungen verwendet, die maximale Festigkeit erfordern

Materialien und Herstellung: Hochfeste Schrauben werden typischerweise aus Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder legierten Stählen hergestellt. Der Herstellungsprozess umfasst häufig eine Wärmebehandlung wie Abschrecken und Anlassen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Zu den gängigen Materialien gehören::

• AISI 4140 Chrom-Molybdän-legierter Stahl
• AISI 8640 Nickel-Chrom-Molybdän-legierter Stahl
• SAE 1038-Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (für einige minderwertige, hochfeste Schrauben)

Hauptmerkmale:

1. Hohe Zugfestigkeit: Fähigkeit, erheblichen axialen Belastungen ohne Ausfall standzuhalten.
2. Hohe Streckgrenze: Widerstand gegen bleibende Verformung unter Belastung.
3. Verbesserte Ermüdungsbeständigkeit: Bessere Leistung unter zyklischen Belastungsbedingungen.
4. Erhöhte Korrosionsbeständigkeit: Wird oft durch Schutzbeschichtungen oder Materialauswahl erreicht.
5. Präzise Maßtoleranzen: Gewährleistung der richtigen Passform und Lastverteilung.

Anwendungen:

1. Hochbau: Wird in Stahlrahmengebäuden, Brücken und Türmen verwendet.
2. Automobilindustrie: Kritische Komponenten in Motorbaugruppen, Fahrgestellen und Aufhängungssystemen.
3. Luft- und Raumfahrt: Wird in Flugzeugstrukturen und Triebwerkslagern verwendet.
4. Schwere Maschinen: Zu finden in Baumaschinen, Kränen und Bergbaumaschinen.
5. Windkraftanlagen: Wird zur Rotorblattbefestigung und zum Turmbau verwendet.

Überlegungen zur Installation: Die ordnungsgemäße Installation hochfester Schrauben ist für deren Leistung von entscheidender Bedeutung:

1. Drehmomentkontrolle: Um die richtige Vorspannung zu erreichen, ist ein genaues Drehmoment unerlässlich.
2. Turn-of-Mutter-Methode: Eine alternative Anzugsmethode, die auf der Drehung der Schraube basiert.
3. Direkte Spannungsanzeiger: Geräte zur Sicherstellung der richtigen Schraubenspannung.
4. Oberflächenvorbereitung: Für eine ordnungsgemäße Klemmung sind saubere, schmutzfreie Oberflächen erforderlich.
5. Schmierung: Um ein konsistentes Drehmoment-Spannungs-Verhältnis zu erreichen, kann eine ordnungsgemäße Schmierung erforderlich sein.

Markierungen und Identifizierung: Hochfeste Schrauben sind in der Regel mit bestimmten Mustern oder Codes gekennzeichnet, um ihre Qualität und Festigkeit anzuzeigen. Zum Beispiel:

• ASTM A325-Schrauben: Drei radiale Linien am Kopf
• ASTM A490-Schrauben: Drei radiale Linien und der Buchstabe „A“ auf dem Kopf
• Schrauben der SAE-Klasse 8: Sechs gleichmäßig verteilte radiale Linien am Kopf
• Schrauben der ISO-Klasse 10.9: 10.9-Kennzeichnung am Kopf

Vorteile hochfester Schrauben:

1. Höhere Tragfähigkeit
2. Reduzierte Anzahl der für eine bestimmte Verbindung erforderlichen Befestigungselemente
3. Verbesserte Ermüdungsleistung
4. Besserer Widerstand gegen Vibrationslockerung
5. Potenzial zur Gewichtsreduzierung bei Konstruktionen

Einschränkungen und Überlegungen:

1. Höhere Kosten im Vergleich zu Standardschrauben
2. Empfindlicher gegenüber den richtigen Installationstechniken
3. In bestimmten Umgebungen kann es zu Wasserstoffversprödung kommen
4. Für die Installation sind möglicherweise spezielle Werkzeuge oder Geräte erforderlich
5. Nicht für alle Materialien oder Anwendungen geeignet, da die Gefahr einer Quetschung der Gelenke besteht

Jüngste Entwicklungen: Der Bereich der hochfesten Verbindungselemente entwickelt sich weiter:

1. Ultrahochfeste Schrauben: Einige Hersteller bieten mittlerweile Schrauben mit Zugfestigkeiten von über 1600 MPa an.
2. Fortschrittliche Beschichtungen: Neue Beschichtungstechnologien werden entwickelt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und das Risiko einer Wasserstoffversprödung zu verringern.
3. Intelligente Schrauben: Integration von Sensoren zur Überwachung der Schraubenspannung und der Verbindungsintegrität in Echtzeit.
4. Verbundwerkstoffe: Forschung an hochfesten Verbundwerkstoffschrauben für spezifische Anwendungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hochfeste Schrauben in der modernen Technik und Fertigung eine entscheidende Rolle spielen. Ihre überlegenen mechanischen Eigenschaften ermöglichen effizientere und zuverlässigere Konstruktionen in verschiedenen Branchen. Um ihre Vorteile voll auszuschöpfen und sichere, langlebige Verbindungen zu gewährleisten, sind jedoch die richtige Auswahl, Installation und Wartung unerlässlich.