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Passschrauben und ihre Vorteile für eine ausgerichtete Montage
In vielen Branchen, von Maschinenbau über Werkzeugbau bis hin zur Feinmechanik, entscheidet die genau tolerierte Positionierung von Bauteilen über die Qualität und Langlebigkeit eines Produkts. Herkömmliche Schraubverbindungen reichen oft nicht aus, um Bauteile präzise auszurichten und sicher zu fixieren. Hier kommen Passschrauben ins Spiel – sie sorgen für eine spielfreie Führung in Bohrungen und gewährleisten eine wiederholgenaue Montage mit höchster Präzision. In diesem Beitrag erfahren Sie, warum Passschrauben die bessere Wahl für ausgerichtete Verbindungen sind, und welche Rolle Toleranzen, Gewindeausläufe und Freistiche für eine optimale Montage spielen.
Was ist eine Passschraube?
Passschrauben, ebenso wie Schrauben mit Ansatz, auch Schulterschrauben genannt, sind spezielle Schraubenarten, die für präzise Positionierungs- und Befestigungsaufgaben verwendet werden. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Schrauben durch eine spezielle Geometrie, die jeweils bestimmte mechanische Funktionen erfüllt. Zudem bietet der zylindrische Bereich als Abstandselement und Lagerbolzen die Möglichkeit, ein Bauteil beweglich zu lagern und gleichzeitig die Schraube verdrehsicher zu montieren. Diese Möglichkeit wird hier in der Abbildung am Beispiel von Schrauben mit Ansatz (CBBD und CBDBR) dargestellt.
Passschrauben haben einen zylindrischen, präzise gefertigten Schaft - den sogenannten Passschaft - der einen präzisen Sitz in Bohrungen ermöglicht. Der auf Passung gefertigte Bereich kann sowohl einen zum Gewindedurchmesser identischen Durchmesser haben als auch einen größeren Durchmesser aufweisen. Ist der Durchmesser größer als der Gewindedurchmesser, wird von einer Schraube mit Ansatz gesprochen. Passschrauben dienen hauptsächlich der genauen Positionierung von Bauteilen zueinander. Darüber hinaus können sie nicht nur axiale Kräfte sondern auch Querkräfte aufnehmen. Passschrauben finden Verwendung im Maschinenbau, im Werkzeugbau und überall dort, wo eine präzise Ausrichtung erforderlich ist.
Der Begriff Schraube mit Ansatz bzw. Schulterschraube bezeichnet als Sammelbegriff Schrauben, die einen abgesetzten Bereich haben - sei es eine Schulter, ein Bund oder ein Passabschnitt. Eine Schraube mit Ansatz hat einen zusätzlichen, meist zylinderförmigen Bereich unterhalb des Schraubenkopfes. Dieser Ansatz, auch Schulter genannt, hat einen größeren Durchmesser als das Schraubengewinde und dient häufig als Anlagefläche, um die Schraube präzise in eine Bohrung zu führen oder als Abstandshalter.
Schulterschrauben bzw. Schrauben mit Ansatz können unterschiedliche Kopfformen und Freistiche aufweisen. So unterschiedlich wie die Anwendungsbereiche und Kopfformen sind auch die Formen und Abmessungen dieser Schrauben. Einige häufig verwendete Formen sind daher genormt, wie beispielsweise Flachkopfschrauben mit Schlitz und Ansatz nach DIN 923, Vierkantschrauben mit kurzem Zapfen und Kernansatz gemäß DIN 479, oder Zylinderkopfschrauben mit Innensechskant und Ansatzschaft nach ISO 7379.
Beispielabbildung - Sechskant-Passschraube mit gleichem Durchmesser an Schulter und Gewinde
Beispielabbildung - Innensechskant-Passschraube mit Ansatz
Beispielabbildung - Passschraube mit Rändelung
Gewindeauslauf nach DIN 76-1
Der Gewindeauslauf beschreibt den Bereich, in dem das Vollgewinde in den glatten Schaft oder das Ende der Schraube übergeht. Es ist also der Bereich, in dem das Gewinde nicht mehr vollständig ausgeprägt ist, da die Gewindegänge nach und nach flacher werden. Bei Passschrauben ist ein sauberer Übergang vom Gewinde zum präzisen Passschaft entscheidend, um Spannungskonzentrationen und Gradbildung am Gewindeausgang zu vermeiden. Ein korrekt ausgeführter Gewindeauslauf mit einem Freistich wie z.B. nach DIN 76-1 hilft, Kerbspannungen zu minimieren. Das Vermeiden von Kerbspannungen und Spannungskonzentrationen ist wichtig, da sie das Risiko von Materialermüdung oder Brüchen erhöhen können. Durch den Gewindeauslauf entsteht eine flächige, gleichmäßige Kraftübertragung, die Schraubenverbindungen stabiler macht. Durch die reduzierte Belastung im Übergangsbereich zwischen Gewinde und Schaft erhöht sich die Ermüdungsfestigkeit und somit die Lebensdauer der Schraube.
Die Norm DIN 76-1 definiert verschiedene Formen des Auslaufs:
- DIN 76-1 A, DIN 76-1 B: für Außengewinde, z.B. bei Schrauben oder Bolzen
- DIN 76-1 C, DIN 76-1 D: für Innengewinde, z.B. bei Muttern oder Gewindebohrungen
Ein Freistich wie der Freistich gemäß DIN 76-1 A oder B ist essenziell, um die volle Einschraubbarkeit des Gewindebereiches bei Schrauben mit Ansatz sicherzustellen. Um die vollflächige Auflage des Schraubenkopfes zu gewährleisten, kann am Übergang zwischen Schraubenkopf und Schraubenschaft mit Passung ebenfalls ein Freistich verwendet werden. Bei Passchrauben ohne Anschlag gewährleistet der Freistich einen gleichmäßigen und sicheren Übergang vom Gewindeauslauf zum auf Passung gefertigten Schraubenschaft.
Freistich nach DIN 509
Ein Freistich gemäß DIN 509 (auch Hinterdrehung genannt) ist ein vertiefter Bereich in der Auslaufzone der Werkzeuge bei Drehteilen. Der Freistich ist also ein freigearbeiteter Bereich, der Platz für angrenzende Bauteile schafft.
Ausgerichtete Montage mit Passschrauben
In vielen technischen Anwendungen, insbesondere im Maschinenbau und der Feinmechanik, ist die exakte Ausrichtung von Bauteilen entscheidend für eine zuverlässige Funktion. Eine ungenaue Montage kann zu Verschleiß, unerwünschtem Spiel oder sogar mechanischem Versagen führen. Durch ihre spezielle Konstruktion sorgen Passschrauben für eine spielarme Führung in der Bohrung und können Querkräfte sicher aufnehmen. Sie eliminieren die typischen Ungenauigkeiten, die bei normalen Schraubverbindungen entstehen, und gewährleisten eine wiederholbare, hochpräzise Positionierung von Bauteilen.
Montage ohne Ausrichtung
Bei dieser Methode werden Bauteile lediglich durch Schrauben miteinander verbunden, ohne zusätzliche Elemente zur Positionierung. Dadurch ist keine präzise Ausrichtung der Bauteile gewährleistet, und die Position der Teile kann sich beim Anziehen der Schrauben leicht verschieben. Diese Vorgehensweise eignet sich vor allem für einfache Verbindungen, bei denen die exakte Lage der Bauteile nicht von entscheidender Bedeutung ist.
Ausrichtung mit Passstift
Hier werden neben Schrauben auch Passstifte eingesetzt, die in präzise gefertigte Bohrungen eingebracht werden, um die Bauteile exakt zu fixieren. Während die Schrauben primär für die Kraftübertragung verantwortlich sind, übernehmen die Passstifte die Aufgabe der genauen Ausrichtung. Diese Methode ermöglicht eine hohe Positionierungsgenauigkeit und wird häufig im Maschinenbau, Formenbau sowie bei Anwendungen genutzt, bei denen eine wiederholbare Montage oder der Austausch von Bauteilen erforderlich ist.
Ausrichtung mit Passschraube
Passschrauben verbinden die Funktionen von Schrauben und Passstiften in einem einzigen Element. Ihr präzise gefertigter Schaft sorgt für eine fein tolerierte Ausrichtung der Bauteile, während das Gewinde die Teile zuverlässig miteinander verbindet. Diese Lösung bietet eine sehr hohe Passgenauigkeit bei gleichzeitig einfacher Montage. Passschrauben werden vor allem in Präzisionsverbindungen eingesetzt.
Toleranzen bei der Montage mit Passschrauben
Passschrauben sind darauf ausgelegt, Bauteile exakt zu positionieren und Querkräfte aufzunehmen, indem sie spielfrei in präzise gefertigte Bohrungen passen. Doch auch Passschrauben und ihre Bohrungen unterliegen Toleranzen, die bei der Montage berücksichtigt werden müssen.
Toleranzen sind entscheidend für die Funktion von Passschrauben. Sie gewährleisten eine präzise Führung und ermöglichen dennoch eine einfache Montage. Gängige Passungssysteme für Passschrauben orientieren sich an ISO-Passungen. Die Wahl der richtigen Toleranzkombination richtet sich nach den Anforderungen der Verbindung: Für höchste Präzision wird beispielsweise h6/g6 gewählt, während f7 eine leichtere Montage ermöglicht. Ohne definierte Toleranzen wäre entweder die Montage erschwert oder die präzise Positionierung beeinträchtigt. Passschrauben sind daher nicht einfach „exakt passend“, sondern mit abgestimmten Toleranzen gefertigt, um eine optimale Balance zwischen Passgenauigkeit, Montierbarkeit und mechanischer Stabilität sicherzustellen.
