Leitfaden zum Schraubendrehmoment - Drehmomentdiagramme, Berechnung und Anzugsnormen

Veröffentlicht: August 2026|Kategorie: Verbindungselemente|Lesezeit: 14 Min

Warum die Drehmomentkontrolle so wichtig ist

Drehmoment → Vorspannung → Klemmkraftübertragungsbeziehung

Der Zweck des Aufbringens eines Drehmoments auf eine Schraube besteht darin, eine Spannung (Vorspannung) in der Schraube zu erzeugen, die die Klemmkraft erzeugt, die die Verbindung zusammenhält. Das auf die Mutter oder den Schraubenkopf ausgeübte Drehmoment wird durch Gewindereibung, Lagerreibung und die Wirkung der Gewinde auf einer schiefen Ebene in Schraubenspannung umgewandelt. Nur etwa 10-15 % des aufgebrachten Drehmoments erzeugen tatsächlich Schraubenspannung – der Rest wird durch Reibung verbraucht. Das Verständnis und die Kontrolle dieser Beziehung ist für die Erzielung der konstruktiven Klemmkraft, die die Integrität der Verbindung im Betrieb gewährleistet, von entscheidender Bedeutung.

Unzureichendes Drehmoment - Lockere Verbindung/Ermüdungsfehler

Unter-angezogene Schrauben entwickeln keine ausreichende Vorspannung, um die Verbindungskompression unter Betriebslasten aufrechtzuerhalten. Die Verbindung kann sich unter Zugbelastung lösen, die Schraube kann bei zyklischer Belastung einer übermäßigen Spannungsamplitude ausgesetzt sein, was zu einem Ermüdungsversagen führt, und die Verbindung kann bei druckbelasteten Anwendungen undicht werden. Bei strukturellen Verbindungen kann eine unzureichende Vorspannung dazu führen, dass rutschkritische Verbindungen bei einer geringeren Kapazität als der Auslegung rutschsicher werden, was möglicherweise zu einer Verformung oder einem Ausfall der Verbindung führt.

Übermäßiges Drehmoment - Schraubendehnung/Bruch/Gewindeabriss

Ein übermäßiges{0}Anziehen einer Schraube kann die Streckgrenze des Schraubenmaterials überschreiten, was zu einer dauerhaften Dehnung (Einschnürung), einem verringerten Querschnitt-und schließlich zu einem Bruch führen kann. Ein zu hohes-Drehmoment kann auch zum Abreißen des Gewindes der Mutter oder Schraube führen, insbesondere wenn die Qualität der Mutter niedriger ist als die Qualität der Schraube. Bei Flanschverbindungen kann ein zu hohes Drehmoment Dichtungen beschädigen, Flansche verformen und Eigenspannungen erzeugen, die Korrosion oder Ermüdung beschleunigen. Eine präzise Drehmomentkontrolle ist die letzte Verteidigungslinie, um sicherzustellen, dass die Schraubverbindung wie vorgesehen funktioniert.

Drehmoment-Grundlagen der Vorspannungsbeziehung

Kernformel: T=K × D × P

Die grundlegende Drehmoment{0}}Vorlastbeziehung wird durch die Gleichung T=K × D × P ausgedrückt, wobei T das aufgebrachte Drehmoment, K der Mutterfaktor (dimensionsloser Reibungskoeffizient), D der Nennbolzendurchmesser und P die resultierende Vorspannung (Klemmkraft) ist. Der Mutternfaktor K liegt typischerweise zwischen 0,10 (gut geschmiert) und 0,22 (trockener Normalstahl) und hängt von der Gewindebeschaffenheit, der Materialkombination, der Schmierung und der Oberflächenbehandlung ab. Die Vorspannung wird typischerweise auf 60–75 % der Streckgrenze der Schraube angestrebt, um die Integrität der Verbindung mit der Sicherheitsmarge gegenüber der Streckgrenze in Einklang zu bringen.

Nussfaktor K und seine Einflussfaktoren

Der Mutterfaktor K ist keine Konstante -, er variiert mit dem Reibungskoeffizienten zwischen den Gewindegängen und zwischen der Mutterfläche und der Lagerfläche. Zu den Faktoren, die K beeinflussen, gehören: Schrauben- und Mutternmaterial und -härte, Gewindeoberflächenbeschaffenheit und -beschichtung, Vorhandensein und Art des Schmiermittels, Art und Dicke der Beschichtung oder Beschichtung sowie der Zustand der Lageroberflächen. Verzinkte Verbindungselemente haben typischerweise K-Werte von 0,15-0,18 trocken und 0,12-0,14 geschmiert. Feuerverzinkte Verbindungselemente mit übergroßen Muttern haben typischerweise K-Werte von 0,18–0,22. Dacromet-beschichtete Verbindungselemente haben K-Werte von 0,12–0,15.

Gängige Drehmomenttabellen

Drehmomentkontrolle durch Installationsmethode

Die Installation eines Drehmomentschlüssels ist die gebräuchlichste Methode und bietet eine Genauigkeit von ±5-10 %, abhängig von der Qualität des Schlüssels und der Technik des Bedieners. Bei der Methode zum Drehen-der-Muttern kommt eine Winkelsteuerung zum Einsatz. - Die Mutter wird zunächst fest angezogen-und dann um einen bestimmten Bruchteil einer Umdrehung (typischerweise 1/2 bis 2/3 Umdrehung) gedreht, um die angestrebte Vorspannung unabhängig von Reibungsschwankungen zu erreichen. Durch das direkte Vorspannen mit hydraulischen Spannern wird die Schraube auf die angegebene Dehnung gezogen, bevor die Mutter heruntergefahren wird, was die genaueste Vorspannungssteuerung mit einer Genauigkeit von ±2–5 % ermöglicht. Die Ultraschall-Vorspannungsmessung bietet höchste Präzision mit einer Bolzendehnungsmessung in Echtzeit mit einer Genauigkeit von 1 %.

Einfluss der Schmierung auf das Drehmoment

Die Schmierung verringert die Gewinde- und Lagerreibung und senkt das zum Erreichen einer bestimmten Vorspannung erforderliche Drehmoment um 10-20 % im Vergleich zu trockenen Bedingungen. Dies bedeutet jedoch auch, dass die Verwendung des gleichen Drehmomentwerts bei einer geschmierten Schraube wie bei einer trockenen Schraube zu einer deutlich höheren Vorspannung führt, was möglicherweise zu einer Überbeanspruchung der Schraube führt. Verzinkte Schrauben haben von Natur aus unterschiedliche Reibungseigenschaften - die Zinkbeschichtung verringert den K-Wert, daher müssen die Drehmomentwerte entsprechend reduziert werden (typischerweise 10-15 % unter den Werten für normalen Stahl). Anti-Seize-Verbindungen (auf Nickel--, Kupfer-- oder PTFE--Basis) werden für Hochtemperaturverschraubungen verwendet, um Festfressen zu verhindern und ein gleichmäßiges Drehmoment-Vorspannungsverhalten sicherzustellen. Einige strukturelle Spezifikationen verbieten die Schmierung hochfester Schrauben, um eine gleichbleibende Leistung der Reibungsverbindung aufrechtzuerhalten.

Anzugsreihenfolge

Die richtige Anzugsreihenfolge ist für eine gleichmäßige Vorspannungsverteilung bei Mehrschraubenverbindungen von entscheidender Bedeutung. Flanschverbindungen folgen einem kreuz{2}}Anziehmuster (Sternmuster), bei dem die Schrauben in einer Reihenfolge angezogen werden, die sich über den Flanschdurchmesser abwechselt, typischerweise beginnend mit einer Schraube, dann die Schraube um 180 Grad gegenüber, dann 90 Grad von der ersten und so weiter. Das Anziehen erfolgt in progressiven Schritten - typischerweise 25 % des Enddrehmoments, dann 50 %, dann 75 % und dann 100 %. Dadurch wird sichergestellt, dass die Dichtung gleichmäßig komprimiert wird und die Flanschflächen parallel bleiben. Bei Schraubverbindungen mit vier oder mehr Schrauben sollte die Anzugsreihenfolge im Installationsverfahren dokumentiert und konsequent befolgt werden.

Folgen von Unter-Drehmoment und Über-Drehmoment

Ein zu geringes-Drehmoment führt zu einer Lockerung der Verbindung bei Vibrationen, Leckagen im Flüssigkeitsbetrieb, einer erhöhten Spannungsamplitude, die zu Ermüdungsbrüchen führt, und zu einer möglichen Trennung der Verbindung unter Auslegungslasten. Ein zu hohes Drehmoment führt zu einer Streckung der Schraube (permanente Dehnung), zu einem reduzierten Querschnitt, der die Schraube schwächt, zum Abisolieren des Gewindes, zu Spannungsrisskorrosion in anfälligen Materialien und zu einer übermäßigen Kompression der Dichtung in Flanschverbindungen. Beide Bedingungen verringern den Sicherheitsspielraum der Verbindung und erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Betriebsausfalls. Die richtige Drehmomentspezifikation und -kontrolle ist für eine zuverlässige Leistung der Schraubenverbindung von entscheidender Bedeutung.

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