Fünf Steigungen dieser Schraube sind weder Gewinde noch Schaft

Das Dokument ist ISO 4014:2022, Fasteners, Hexagon head bolts, product grades A and B, die fünfte Ausgabe, für Stahl und nichtrostenden Stahl mit metrischem Regelgewinde von M1,6 bis M64. Sie gilt für die Sechskantschraube mit Schaft; die Ausführung mit Gewinde bis Kopf hat eine eigene Norm, und warum das wichtig ist, zeigt sich weiter unten auf dieser Seite.

Die erste Subtraktion ist eine Tabelle, keine Wahl

Die Gewindelänge b ist durch den Durchmesser festgelegt, nicht durch den Konstrukteur, und für Nennlängen bis 125 mm tabelliert die Norm sie so:

Es gibt zwei weitere Bereiche: ein längeres Gewinde für Nennlängen zwischen 125 und 200 mm und ein noch längeres über 200. Im gesamten Bereich, in dem die meisten arbeiten, ändert sich b mit der Länge also überhaupt nicht. Jeder zusätzliche Millimeter Schraube unter 125 mm ist ein zusätzlicher Millimeter Klemmlänge, und das ist der einzige Hebel, den die Zeichnung hat. (Unsere eigene Prüfung an den lesbaren Größen: Die Werte sind von M2 bis M24 genau 2d + 6, der zweite Bereich ist 2d + 12.)

Die zweite Subtraktion ist die, die überrascht

Nehmen Sie eine M12 mit 50 mm Nennlänge. Die Gewindelänge ist 30, die maximale Klemmlänge also 20. Die meisten hören hier auf und betrachten 20 mm als verfügbaren Schaft. Die Norm nicht. Der Mindestschaft ist die Klemmlänge minus fünf Steigungen; M12 Regelgewinde hat 1,75, fünf Steigungen sind also 8,75, und der Schaft beträgt 11,25 mm.

Dieser Wert ist nicht unsere Rechnung. Er steht in der Tabelle, und unsere Rechnung gibt ihn nur wieder; so haben wir geprüft, ob wir die Beziehung richtig gelesen haben:

Lesen Sie die letzte Spalte gegen die dritte. Bei M12 × 50 ist fast die Hälfte der Klemmlänge nicht garantiert vollzylindrisch. Bei M10 × 45 sind es eher zwei Fünftel. Die Lücke schrumpft in absoluten Zahlen nicht, wenn die Schraube länger wird, weil fünf Steigungen für den Durchmesser konstant sind, aber sie wird ein kleinerer Anteil; genau deshalb kauft eine längere Schraube nutzbaren Schaft und eine kürzere nicht.

Bei einem Punkt ist Vorsicht geboten, weil man ihn leicht überinterpretiert. Die Norm nennt die Beziehung und die Zahlen; sie sagt nicht, dass das unvollständige Gewinde am Schraubenende physisch fünf Steigungen misst. Sie sagt, dass der Schaft, auf den man sich verlassen darf, fünf Steigungen kürzer ist als die Klemmlänge. Verstehen Sie das als Garantie, nicht als Beschreibung der Geometrie.

Eine zweite Zahl zeigt, warum sich diese Unterscheidung lohnt. Eine andere Norm begrenzt das unvollständige Gewinde am Schraubenende auf zwei Steigungen, nicht fünf; das ist eine eigene Aussage in einem eigenen Dokument und lässt sich aus diesem nicht ableiten.

Und unterhalb einer bestimmten Länge gibt es das Teil nicht mehr

Das Nützlichste in dieser Tabelle ist ein Satz und keine Zahl. Unten in der Ecke der kurzen Längen, wo die Spalten der größeren Durchmesser stünden, druckt die Norm Schrauben mit Gewinde bis Kopf nach ISO 4017. Eine M12 mit Schaft und 40 mm Länge gibt es in diesem Dokument nicht. Die Spalten beginnen, wo sie beginnen: M8 bei 40, M10 bei 45, M12 bei 50 in dem Block, den wir gelesen haben.

Die Frage, was passiert, wenn man eine kurze Schraube mit Schaft bestellt, hat also eine Antwort, und sie lautet nicht, dass man eine Schraube mit einem Hauch von Schaft bekommt. Sie lautet, dass die Norm einem ein anderes Teil aus einer anderen Norm gibt, ganz ohne Schaft. Ob der Käufer das bemerkt, hängt allein davon ab, ob die Zeichnung sagte, welches Teil gewünscht war.

Und das ist die Zahl, die im Scherargument fehlt

Diese Website hat die konstruktive Seite des Gewindes in der Scherfuge bereits behandelt: Die beiden Verbindungsarten sind nicht austauschbar, und wo das Verbindungselement Scherung trägt, ergibt der gewindefreie Schaft in der Fuge mehr Querschnitt und keinen Gewindegrund, weshalb die Bemessungsregeln beiden Fällen unterschiedliche zulässige Werte geben. Jene Seite endet mit dem Satz, dass die Schaftlänge ein bewusst festgelegtes Maß ist und nicht das, was übrig bleibt. Dies ist das Maß, von dem dort die Rede war, und jetzt hat es einen Wert.

Zusammengenommen wird der Konstruktionsschritt konkret. Die Klemmlänge aus den Bauteilen bestimmen. Die Gewindelänge für diesen Durchmesser addieren. Dann, wenn der Schaft über eine Scherfuge reichen muss, noch fünf Steigungen obendrauf, weil die Norm genau die schon abgezogen hat. Wer den dritten Schritt auslässt, bekommt eine Verbindung, bei der der Gewindeauslauf genau dort sitzt, wo der Querschnitt sein sollte.

Nichts davon widerspricht dem Diskussionsfaden. Ist die Last wirklich reine Scherung, ist die Antwort, einen Stift zu nehmen, die bessere Technik, und diese Website hat darüber geschrieben, welche Stiftnormen einen Scherwert veröffentlichen und welche nicht, und über die Bohrung, die diese Stifte brauchen. Der Punkt hier ist enger: Wenn die Antwort eine Schraube sein soll, ist der Teil der Schraube, der tatsächlich ein Stift ist, eine Zahl, die man nachschlagen kann, und fast niemand tut es.

Vier Dinge, die zu klären sind, bevor die Länge auf die Zeichnung kommt

• Soll das Gewinde oder der Schaft in der Scherfuge liegen? Das ist eine Konstruktionsentscheidung mit unterschiedlichen zulässigen Werten, kein Detail
• Haben Sie die fünf Steigungen addiert? Klemmlänge plus Gewindelänge reicht nicht, wenn der Schaft Arbeit leisten muss
• Liegt die Länge innerhalb des Bereichs? Die Gewindelänge springt bei 125 und 200 mm Nennlänge, und eine Länge jenseits eines Sprungs bekommt ein längeres Gewinde als die darunter
• Sagte die Zeichnung „mit Schaft“? Unterhalb der kürzesten gelisteten Länge verweist die Norm auf das Teil mit Gewinde bis Kopf, das keinen Schaft hat, über den man streiten könnte

Eingeklammerte Einträge sind in dieser Tabellenfamilie üblich. Die allgemeine Übersicht für metrische Gewinde kennzeichnet manche Steigungen genauso, und im selben Abschnitt steht, dass Regel- und Feingewinde keinen Qualitätsbegriff tragen.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 2: Gewinde. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Wie viel glatten Schaft hat eine Schraube mit Teilgewinde tatsächlich?

Weniger als Schraubenlänge minus Gewindelänge. ISO 4014 nennt zwei Beziehungen: Die maximale Klemmlänge ist die Nennlänge minus Gewindelänge, und die Mindestschaftlänge ist diese Klemmlänge minus fünf Steigungen. Eine M12 mit 50 mm hat eine Gewindelänge von 30, die Klemmlänge ist also 20 mm und der tabellierte Mindestschaft 11,25 mm. Dieselbe Tabelle nennt 11,75 mm für M8 × 40 und 11,5 mm für M10 × 45.

Warum fünf Steigungen?

So viel zieht die Norm ab, und sie druckt die Beziehung, keine Begründung. Der Übergang am Ende eines gewalzten Gewindes ist keine saubere Stufe, daher ist der volle Durchmesser über den letzten Teil der Klemmlänge nicht garantiert. Lesen Sie die fünf Steigungen als Garantie, die man bekommt, nicht als Messung des unvollständigen Gewindes, denn die Norm nennt die Rechnung und nicht die Geometrie.

Kann ich die Gewindelänge einer Schraube wählen?

Nicht nach dieser Norm. Die Gewindelänge b ist durch den Durchmesser festgelegt und ändert sich für Nennlängen bis 125 mm überhaupt nicht mit der Länge: 22 mm bei M8, 26 bei M10, 30 bei M12, 38 bei M16. Es gibt zwei längere Bereiche, über 125 mm und über 200 mm. Im Bereich, in dem die meisten Anwendungen liegen, bekommt man mehr Schaft also nur mit einer längeren Schraube, und jeder Millimeter Mehrlänge ist ein Millimeter mehr Klemmlänge.

Was passiert, wenn ich eine kurze Schraube mit Teilgewinde bestelle?

Die Norm bietet keine mehr an. In der Ecke der kurzen Längen der Maßtabelle steht, dass Schrauben mit Gewinde bis Kopf in ISO 4017 festgelegt sind, einer eigenen Norm. In dem Block, den wir gelesen haben, beginnen die Spalten bei 40 mm für M8, 45 für M10 und 50 für M12. Darunter bekommt man ein anderes Teil ganz ohne Schaft, was wichtig ist, wenn die Zeichnung sich auf Schaft in einer Scherfuge verließ und das nicht sagte.

Ändert das etwas für eine Schraube unter reiner Scherung?

Es ändert, was man festlegen muss, nicht was die Schraube tut. Ob Gewinde oder Schaft die Scherfuge kreuzt, ist eine Konstruktionsentscheidung, die die Regelwerke unterschiedlich behandeln, und diese Seite liefert die fehlende Zahl: wie weit der Schaft tatsächlich reicht. Muss der Schaft die Fuge überbrücken, muss die Länge Klemmlänge, Gewindelänge und die fünf Steigungen obendrauf abdecken. Ist die Last wirklich reine Scherung, ist ein Stift womöglich das bessere Teil, was eine eigene Frage mit eigenen Normen ist.

Ist die Formel für die Gewindelänge 2d plus 6?

Die tabellierten Werte stimmen für jede lesbare Größe von M2 bis M24 genau damit überein, und der zweite Bereich entspricht 2d plus 12. Das ist unsere Rechnung an der veröffentlichten Tabelle und keine Formel, die die Norm in diesem Dokument druckt; die kleinste Größe, M1,6, ist mit 9 tabelliert, wo der Ausdruck 9,2 ergibt. Verwenden Sie die Tabelle statt des Ausdrucks, denn die Tabelle ist das, was das Produkt erfüllen muss.

Quellen

• ISO 4014:2022 — Fasteners, hexagon head bolts, product grades A and B. Abschnitt 1, Abschnitt 4 und die Maßtabellen, für die Gewindelängen, die beiden Längenbeziehungen sowie den tabellierten Mindestschaft und die maximale Klemmlänge
• r/AskEngineers — der Diskussionsfaden, mit dem dies begann, zum Gewindeeingriff einer Schraube unter reiner Scherung

ISO 4014:2022 wurde aus der öffentlich zugänglichen Vorschau gelesen. Die beiden Beziehungen, die Gewindelängen und die tabellierten Werte für Mindestschaft und maximale Klemmlänge stammen aus diesem Dokument; unsere Rechnung wird nur gezeigt, um zu belegen, dass die veröffentlichte Tabelle und die veröffentlichte Beziehung übereinstimmen. Zwei Zeilen der Längentabelle waren in unserem Exemplar verschoben und werden nicht zitiert. Wir nennen kein Maß aus ISO 4017, der Norm für Schrauben mit Gewinde bis Kopf, auf die die Tabelle verweist, und keines aus ISO 888, die diese Norm als Quelle für Nennlängen und Gewindelängen nennt. Nachtrag: Wir haben inzwischen die zurückgezogene erste Ausgabe von ISO 888 vollständig gelesen; sie wird auf einer eigenen Seite behandelt. Kein Wert daraus wird hier verwendet, weil es auf dieser Seite um ISO 4014 geht. Die fünf Steigungen werden als das beschrieben, was die Norm abzieht, nicht als Messung des unvollständigen Gewindes, denn das Dokument nennt die Rechnung und nicht die Geometrie. Die konstruktive Behandlung von Gewinde in der Scherfuge, einschließlich der unterschiedlichen zulässigen Werte der Regelwerke für beide Fälle, steht auf unserer früheren Seite und wird hier nicht wiederholt. Für Passschrauben oder Stifte wird kein Wert angegeben, und diese Seite empfiehlt kein Teil für die Situation im Ausgangsfaden.