Schrauben - Überblick der Normierung

Für die Eigenschaften von Schrauben existieren verschiedene Bezeichnungssysteme. Grundlage für die Klassifizierung und Bezeichnung der Schraubentypen bilden die jeweils zugrunde gelegten Standards. In diesem Artikel werden einige der unterschiedlichen Schraubennormen und ihre Unterschiede kurz vorgestellt und es wird eine allgemeine Übersicht der Schrauben im europäischen Raum gegeben.

Übersicht von Schraubenstandards

Standards dienen der Vereinheitlichung und entsprechen einer Übereinkunft innerhalb einer bestimmten Gruppe, die sich auf diesen Standard geeinigt hat. Da viele nationale Normen im Laufe der Zeit und unter dem Einfluss historischer und regionaler Entwicklungen entstanden sind, sind sie oft nur in diesen Regionen üblich und anerkannt. Weltweit gibt es eine Vielzahl von Normen und Standards, die sicherstellen, dass Schrauben bestimmten Anforderungen entsprechen. Grundsätzlich ist die Anwendung und Einhaltung von Normen und Standards nicht bindend, kann aber vertraglich vereinbart oder vom Gesetzgeber zwingend vorgeschrieben werden. Diese Standards sind unerlässlich, um die Qualität, Sicherheit und Funktionalität von Befestigungselementen zu gewährleisten.

Standards und Normen

Für die Festlegung und Aktualisierung der nationalen DIN-Normen ist das Deutsche Institut für Normung e.V., kurz DIN, zuständig. Die Standardisierung und Normierung im Europäischen Binnenmarkt bezwecken europäische Normen, kurz EN. EN-Normen werden nach Beschluss des Europäischen Rates schnellstmöglich und ohne Änderungen in nationale Normen übernommen; in Deutschland werden sie als DIN-EN bezeichnet. Die entsprechende DIN wird zurückgezogen und durch die DIN-EN ersetzt. ISO-Normen sollen eine weltweite Normierung und Vereinheitlichung ermöglichen. Grundsätzlich sollten weltweite ISO-Normen ohne Änderungen in EN-Normen übernommen werden. Als globaler Hersteller mit Hauptsitz in Japan produziert und vertreibt MISUMI auch Produkte, die nach der nationalen Norm JIS (Japanese Industrial Standard) genormt sind. Die jeweilige Norm beschreibt die Details der genormten Schraube, darunter den Durchmesser, die (Gewinde-) Länge und die Kopfform.

Für die Schraubenbezeichnung gemäß DIN gibt es folgende Erklärung:

• DIN 933 M 10 x 80 A2-70

Die Kurzbezeichnung DIN 933 steht für Sechskantschrauben mit Gewinde bis zum Kopf. M10 x 80 gibt an, dass es sich um eine metrische Schraube mit einem Durchmesser von 10 mm (M10) und einer Länge von 80 mm handelt. A2-70 bezeichnet eine Edelstahlspezifikation, die nicht nur die Qualität und Korrosionsbeständigkeit des Materials angibt, sondern auch eine Mindestzugfestigkeit von 700 N/mm². Neben diesen Angaben enthalten die jeweiligen Normen in der Regel die betreffenden Gewindetabellen.

DIN-Schrauben

In Deutschland ist die DIN-Normung am bekanntesten. In der Vergangenheit wurden bereits viele Schrauben über eine DIN-Norm auf deutscher Ebene genormt. Zum Beispiel galt die DIN 933 für Sechskantschrauben. Das Bestreben weltweite Standards zu etablieren, führte dazu, dass für immer mehr Bereiche internationale Normen (ISO-Normen) erarbeitet und DIN-Normen durch entsprechende EN-Normen oder ISO-Normen ersetzt wurden. Dennoch gelten DIN-Normen noch überall dort, wo es keine entsprechende Nachfolgenorm als DIN EN oder ISO-Standard (DIN EN ISO) gibt.

ISO-Schrauben

Auf internationaler Ebene regelt die ISO diverse Schraubenstandards. Viele ISO-Normen enthalten weitgehend dieselben Regelungen wie die vorher gültigen DIN-Normen. Sie finden aber in mehreren Ländern Anwendung. Die Nachfolgenormen für DIN 931 und DIN 933 sind z.B. DIN EN ISO 4014 und DIN EN ISO 4017. Weitere Normen sind:

• ISO 4762 für Zylinderschraube mit Innensechskant
• ISO 7380 für Flachkopfschrauben mit Innensechskant
• ISO 2009 für Senkschrauben mit Schlitz
• ISO 7045 für Linsenschrauben mit Phillips-Kreuzschlitz
• ISO 965 für Gewinde mit allgemeinem Anwendungsbereich

Im Maschinenbau werden am häufigsten Sechskantschrauben nach DIN EN ISO 4014 und Zylinderschrauben nach DIN EN ISO 4762 verwendet.

Schrauben nach JIS

Der JIS-Standard (Japanese Industrial Standard) wird von der Japanese Standards Association - die japanische Normungsorganisation - herausgegeben. Viele Schrauben sind ebenfalls im metrischen Einheitssystem genormt. Neben verschiedenen Überschneidungen bei Schrauben, die nach dem japanischen JIS-Standard genormt sind, mit solchen, die nach DIN oder ISO gefertigt wurden, gibt es bei einigen Schraubentypen teilweise signifikante Unterschiede. In einigen Fällen ist spezielles Werkzeug nach JIS-Standard erforderlich.

Gängige JIS-Normen für Gewinde sind z.B.:

• JIS B 0205-1:2001 für allgemeine metrische Gewinde (Standard-Winkelform)
• JIS B 0205-2:2001 und JIS B 0205-3:2001 für metrische Allzweckgewinde
• JIS B 0205-4:2001 für allgemeine metrische Gewinde (Standardabmessungen)
• JIS B 0207:1982 für metrisches Feingewinde

MISUMI bietet Schrauben aller Standards an.

Bedeutung der Unterschiede

Unterschiede bei der Normierung wirken sich vor allem auf die Werkzeugwahl aus. In der Regel sind JIS-Schrauben kompatibel mit Werkzeug, das auf DIN-Schrauben angepasst ist. Dennoch kann es z.B. bei Kreuzschlitzschrauben nach JIS-Standard bei Verwendung von ungeeignetem Werkzeug zum sogenannten Cam-Out-Effekt kommen (Herausrutschen des Werkzeugs aus dem Schraubenkopf). Es empfiehlt sich daher, für JIS-Schrauben auch spezielle JIS-Werkzeuge zu verwenden. So bleibt die Leichtgängigkeit erhalten und die Schrauben werden nicht unnötig beschädigt.

Gewindearten und ihre Unterschiede

Ein Gewinde ist eine spiralförmige Erhebung oder Vertiefung auf einer Schraube, einem Bolzen oder einem anderen Befestigungselement. Die Gewinde unterliegen ebenfalls den Normen und Standards. Folgende Parameter beschreiben Gewinde näher:

• Gewindespitzen: sind die Außenkanten eines Gewindes.
• Außendurchmesser: Auch Nenndurchmesser, ist der Durchmesser des äußeren Gewindeteils. Zum Bestimmen des benötigten Außenmessers helfen Gewinde-Außendurchmesser-Tabellen.
• Kerndurchmesser: Auch Kernlochdurchmesser. Beim Gewindeschneiden sorgt eine Kernlochbohrung für die korrekte Zentrierung. Das Kernloch legt den kleinsten Innendurchmesser des späteren Gewindes fest. Es gibt verschiedene Gewinde-Kernloch-Tabellen zum Ablesen der dazugehörigen Nennmaße und Steigungen.
• Flanken: Sind die schrägen oder geneigten Seiten eines Gewindes, welche die spiralförmigen Erhebungen oder Vertiefungen bilden und entlang des Gewindeprofils verlaufen.
• Steigung: Die Gewindesteigung ist ein Maß, das den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Windungen oder Erhebungen eines Gewindes angibt. Sie wird je nach Gewinde unterschiedlich definiert. Bei metrischen Gewinden ergibt sich die Gewindesteigung z.B. aus dem Weg, der bei einer Umdrehung zurückgelegt wird. Bei Zollgewinden z.B. ergibt sich die Gewindesteigung durch die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll.
• Steigungswinkel: Der Steigungswinkel ist der Winkel, unter dem die Gewindeflanken eines Gewindes aufsteigen oder abfallen (entlang des Gewindeprofils betrachtet).
• Gewindegang: Ist die fortlaufend verlaufende Vertiefung in Schraubenlinie (um oder in einem Bolzen / Mutter).

Gewindeformen unterscheiden sich weltweit und führen häufig zu Herausforderungen hinsichtlich der Kompatibilität von Schrauben und deren Anwendungen. In Deutschland und vielen anderen europäischen Ländern werden überwiegend metrische Gewinde verwendet, die sich durch eine einheitliche Steigung und Winkel auszeichnen. Diese Standardisierung erleichtert die Identifikation und Anwendung. Im Gegensatz dazu nutzen die USA traditionell Zollgewinde. In den USA sind vor allem Unified Thread Standard (UTS) Gewinde verbreitet, die sich in der Klassifikation und den Maßen deutlich von den metrischen Systemen unterscheiden. In Japan ist das metrische System für Gewindeverbindungen weitestgehend verbreitet. Für Rohrgewinde sind international für alle Normierungsräume üblicherweise Zollgewinde verbreitet. Die unterschiedlichen Gewindesteigungen, Winkel und Maßsysteme (metrisch vs. Zoll) bedingen, dass die Verwendbarkeit von Schrauben aus verschiedenen Regionen oft eingeschränkt oder gar nicht möglich ist. Aufgrund der historischen Entwicklung von Gewindestandards weltweit ist es essentiell, das vorliegende Gewinde genau zu prüfen, bevor Schrauben eingesetzt werden. Dies verhindert Beschädigungen und gewährleistet die Funktionalität der Verbindungen.

Verschiedene Schraubenkopftypen

Neben dem eigentlichen Gewinde spielen auch die Köpfe der Schrauben eine wichtige Rolle. Nachfolgend werden einige verschiedene Schraubenköpfe und ihre Vorteile vorgestellt:

Rundkopf

Rundkopfschrauben haben einen runden Kopf, der über die Oberfläche des Materials, in das sie eingeschraubt sind, hinausragt. Der Kopf kann entweder vollständig rund oder leicht halbkugelförmig sein, je nach Ausführung. Die runde Form verringert das Verletzungsrisiko, bietet eine größere Auflagefläche und ermöglicht eine gleichmäßige Belastungsverteilung.

Zylinderkopf

Der Zylinderkopf ist ein flacher Schraubenkopf mit einer zylindrischen Oberfläche. Die Verschraubung erfolgt von oben, weshalb er sich für den Einsatz an schwer zugänglichen Stellen eignet. Für Zylinderschrauben mit Innensechskant gelten die DIN-Normen 4762 und 912 bzw. die JIS B 1176. Flachkopfschrauben sind eine Sonderform der Zylinderkopfschrauben.

Sechskantkopf

Der Sechskantkopf hat sechs Seiten und eine flache Oberfläche mit sechs Ecken. Er ist leicht mit einem Sechskantschlüssel oder einem Schraubenschlüssel zu greifen und anzuziehen. Sechskantkopfschrauben eignen sich zum Einsatz bei hohen Drehmomenten. Im Gegensatz zu Schrauben mit rundem Kopf, die von innen angetrieben werden, wird eine Sechskantschraube mit der Kraft montiert, die von außen auf den Kopf wirkt. Für Sechskantschrauben gelten die DIN-Normen 4014 und 933 bzw. die JIS B 1180.

Senkkopf

Senkschrauben haben einen kegelförmigen Schraubenkopf, der eine Versenkung der Schraube im Material erlaubt. Sie werden daher oft verwendet, wenn der Schraubenkopf bündig mit der Oberfläche des Materials abschließen soll, um eine glatte Oberfläche ohne herausragende Teile zu gewährleisten. Senkkopfschrauben verringern das Stolper- und Verletzungsrisiko. Für Senkkopfschrauben gilt z.B. die DIN ISO 10642.

Linsenkopf

Linsenkopfschrauben haben einen Halbrundkopf. Durch diesen Kopf wird die Belastung auf der Gesamtfläche gleichmäßig verteilt und der Werkstoff weniger beansprucht. Ein Eindringen des Schraubenkopfs in das Werkstück wird vermieden, die Lebensdauer verlängert sich. Für Linsenkopfschrauben gilt z.B. die DIN ISO 7380-2.

Rändelschraube

Rändelkopfschrauben zeichnen sich durch einen Kopf mit gerändelter Oberfläche aus, der eine erhöhte Griffigkeit bietet. Diese spezielle Textur ermöglicht es, die Schraube ohne Werkzeug von Hand anzuziehen oder zu lösen. Rändelkopfschrauben eignen sich besonders für Anwendungen, die häufiges manuelles Nachstellen erfordern, oder für Bereiche, in denen ein schneller Zugang ohne Werkzeug wichtig ist, wie z. B. bei Gehäusen für elektronische Geräte oder Verstellmechanismen.

Flügelkopf

Flügelkopfschrauben haben zwei seitliche, flügelartige Erhebungen, die ein leichtes Anziehen und Lösen von Hand ohne Werkzeug ermöglichen. Dieser Schraubenkopf ist besonders praktisch für Anwendungen, bei denen eine schnelle und häufige Justierung erforderlich ist, z.B. bei Befestigungen an Maschinenabdeckungen oder bei Einstellungen an verschiedenen Geräten. Die breiten Flügel bieten eine gute Handhabung mit entsprechender Hebelwirkung, die das Anziehen und Lösen erleichtert, auch wenn größere Kräfte erforderlich sind.

Augenkopf

Augenschrauben, auch Ringschrauben genannt, zeichnen sich durch einen kreisförmigen Ring aus, welcher wie ein "Auge" am Kopf aussieht. Dieses Design ermöglicht das Einhängen von Haken oder das Hindurchführen von Seilen und Kabeln, wodurch eine Vielzahl von Befestigungs- und Hebeaufgaben unterstützt wird. Sie sind besonders nützlich bei Anwendungen, bei denen eine Aufhängung erforderlich ist, wie z.B. beim Transport schwerer Lasten. Augenschrauben bieten einen sicheren Befestigungspunkt und sind so konstruiert, dass sie auch unter hoher Belastung zuverlässig funktionieren. Durch ihre robuste Konstruktion können sie sowohl Zug- als auch Scherkräften standhalten.

Weitere Kopfformen

Neben den klassischen Kopfformen wie Rund-, Zylinder- und Sechskantschrauben gibt es auch weniger verbreitete, aber ebenso wichtige Kopfformen wie Vierkant- und Dreikantschrauben. Vierkantschrauben bieten einen hohen Widerstand gegen Verdrehen und sind besonders in der Montageindustrie beliebt, wo robuste Verbindungen erforderlich sind. Dreikantschrauben, die zum Anziehen ein Spezialwerkzeug erfordern, bieten zusätzliche Sicherheit gegen unbefugtes Lösen und werden daher häufig in Sicherheitseinrichtungen verwendet. Der technologische Fortschritt und die zunehmenden spezifischen Anforderungen verschiedener Industrien haben zur Entwicklung weiterer Schraubenkopfformen geführt, die optimierte Lösungen für spezielle Montage- oder Sicherheitsanforderungen bieten können.

Verschiedene Schraubenantriebe

Die Wahl des richtigen Schraubantriebes ist entscheidend für die Effizienz und Sicherheit bei Montagearbeiten. Die gebräuchlichsten Arten sind Schlitzschrauben, Kreuzschlitzschrauben, Innensechskantschrauben und Außensechskantschrauben. Schlitzschrauben sind eine der ältesten Schraubenformen und werden häufig für einfache Anwendungen verwendet, bei denen keine hohen Drehmomente erforderlich sind. Kreuzschlitzschrauben bieten einen besseren Halt und werden häufig in der Elektrotechnik und im allgemeinen Maschinenbau verwendet. Innensechskantschrauben, auch als Inbusschrauben bekannt, bieten eine noch höhere Drehmomentübertragung und werden häufig für Verbindungen verwendet, die eine hohe Festigkeit erfordern. Außensechskantschrauben hingegen sind ideal für Anwendungen, bei denen mit Schraubenschlüsseln gearbeitet wird und ein höheres Drehmoment erforderlich ist. Jede Verschraubung erfordert speziell geformte Werkzeuge, die genau auf die Passung und Form der Verschraubung abgestimmt sind, um einen optimalen Halt und eine optimale Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Beispielsweise erfordern Innensechskant- und Torx-Antrieb entsprechende Schlüssel oder Bits, die in das Schraubenprofil passen und verhindern, dass der Kopf beschädigt wird. Diese Werkzeuge sind sowohl im metrischen als auch im Zollsystem erhältlich, was ihre Verwendung in verschiedenen Regionen und Industrien erleichtert. Bei Verwendung von JIS-Schraubantrieb wird empfohlen, ein spezielles JIS-Schraubwerkzeug zu bestellen.

Übersicht der Schraubenstandards

Die folgende Tabelle stellt - ohne Gewähr auf Vollständigkeit - die verschiedenen Normierungen der Schrauben dar: