Die Vorbohrregel nennt die Holzart und misst vom Kerndurchmesser

Die Quelle ist das Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, FPL-GTR-190, herausgegeben vom Forest Products Laboratory des US Forest Service und kostenlos herunterladbar. Kapitel 8 behandelt Verbindungsmittel. Der Satz steht als Bedingung zur Ausziehgleichung für Holzschrauben: Die Gleichung gilt, wenn die Vorbohrungen einen Durchmesser von etwa 70 Prozent des Kerndurchmessers des Gewindes in Nadelholz und etwa 90 Prozent in Laubholz haben.

Liest man das als Konstruktionsregel statt als Fußnote, leistet es zweierlei zugleich. Es nennt einen Prozentsatz, und es nennt, wovon dieser Prozentsatz genommen wird. Esche ist ein Laubholz, also galt die 90.

Das Handbuch gibt einen Prozentsatz des einen Durchmessers und eine Tabelle des anderen

Einige Seiten später stellt dasselbe Kapitel Schraubennummern und Durchmesser tabellarisch gegenüber, und was es tabelliert, ist der Schaft:

Nummer 8 hat 0,164 Zoll – die nummerierte Reihe verhält sich genau so, wie es ihre lineare Formel vorgibt. Was das Handbuch nirgends tabelliert, ist der Kerndurchmesser einer Holzschraube, und auch wir haben dafür keine zitierfähige Quelle; deshalb nennt diese Seite für eine Nummer 8 keinen Millimeterwert für die Vorbohrung. Diese Lücke ist kein Vorwurf an das Dokument. Sie ist das praktische Problem: Die Regel ist in einem Durchmesser ausgedrückt, den der Leser kaum zur Hand haben wird, ein paar Seiten entfernt von einer Tabelle des Durchmessers, den er hat.

Der Kern ist kleiner als der Schaft, deshalb ergibt ein Prozentsatz des falschen Durchmessers immer ein größeres Loch. Das ist das leise Versagen. Nichts bricht, die Schraube läuft sauber hinein, und die Ausziehlast, die die Gleichung vorhersagen soll, gilt nicht mehr, weil ihre ausdrückliche Bedingung nicht erfüllt war.

Und der Bezugsdurchmesser wechselt innerhalb desselben Kapitels

Hier hat die Verwirrung eine ehrliche Ursache und keine nachlässige. Einige Seiten weiter gibt das Handbuch die Regel für Sechskant-Holzschrauben, und sie bezieht sich auf den Schaft:

Das Handbuch ergänzt, dass der kleinere Prozentsatz jedes Bereichs für Sechskant-Holzschrauben kleinerer Durchmesser gilt und der größere für größere Durchmesser, und dass die Vorbohrung für den Schaft denselben Durchmesser wie der Schaft haben soll; eine Sechskant-Holzschraube verlangt also eine gestufte Bohrung statt eines einzigen Bohrers.

In einem Kapitel stehen also zwei Familien, zwei Sätze von Prozentsätzen und zwei verschiedene Durchmesser, auf die sie sich beziehen. Eine Tabelle an der Werkstattwand trägt die Zahlen und meist nicht den Satz, der sagt, zu welchem Durchmesser sie gehören – so wendet ein Leser am Ende den Bereich einer Sechskant-Holzschraube auf eine Holzschraube an oder einen Kernprozentsatz auf einen Schaft.

Die beiden Fehler nebeneinander

Der Thread berichtete den ersten. Die Schrauben waren fast ganz drin, bevor sie abrissen, und genau das ist bemerkenswert, denn das Eindrehmoment wächst, je mehr Gewinde eingreift. Bei den letzten Umdrehungen ist die Summe am höchsten, sodass ein etwas zu kleines Loch sein Versagen am Ende des Eindrehens zeigt und nicht am Anfang. Wer vorsichtig und langsam eindreht, die Kupplung auf eine mittlere Stufe gestellt, erlebt dasselbe wie jemand, der kräftig drückt – nur später.

Die allgemeine Form dieser Lücke zwischen dem Drehmoment, das zum Eindrehen einer Schraube nötig ist, und dem Drehmoment, bei dem sie versagt, ist für Blechschrauben in Blech durchgerechnet – eine andere Familie von Verbindungselementen mit eigener Norm. Die Betrachtungsweise lässt sich übertragen. Die Zahlen nicht, und diese Seite zitiert hier keine davon.

Zwei Dinge, die das Handbuch tatsächlich vorschreibt, beide billig

• Seife. Die Oberfläche einer Schraube mit Seife oder einem ähnlichen Schmiermittel einzureiben, wird laut Handbuch empfohlen, um das Eindrehen zu erleichtern, besonders in dichten Hölzern, und es habe wenig Einfluss auf den maximalen Ausziehwiderstand. Auf diesen letzten Halbsatz kommt es an, denn der übliche Einwand gegen den alten Werkstatttrick lautet, eine glitschige Schraube müsse schlechter halten – und das Dokument geht direkt darauf ein
• Bei einer langen Schraube etwas größer bohren. Im Abschnitt über Sechskant-Holzschrauben sagt das Handbuch, bei langen Schrauben seien Vorbohrungen etwas größer als die für maximale Effizienz empfohlenen zu verwenden. Eine Nummer 8 mit eindreiviertel Zoll ist für ihren Durchmesser lang
• Auch die Einschraubtiefe zählt, und sie hängt vom Grundwerkstoff ab. Ein Bauvorschriftenwerk verlangt von einer Trockenbauschraube, 5/8 Zoll in Holz, aber nur 3/8 in dünnen Stahl einzudringen – dasselbe Prinzip in umgekehrter Richtung: Je weicher der Werkstoff, der das Gewinde hält, desto tiefer muss die Schraube hinein

Im selben Abschnitt steht eine dritte Anweisung, die klingt, als stamme sie aus einem anderen Jahrhundert, es aber nicht tut: Schrauben sollen immer eingedreht und nie mit dem Hammer angesetzt oder eingetrieben werden, weil das die Holzfasern zerreißt und das Schraubengewinde beschädigt, was die Tragfähigkeit der Schraube erheblich mindert. Die Begründung lohnt sich auch dort, wo niemand zum Hammer greift, denn sie sagt, woraus der Halt besteht: aus intakter Faser, die ein intaktes Gewinde umschließt. Alles, was eines von beiden beim Einbau beschädigt, hat bereits einen Teil des Werts verbraucht.

Die Frage im Beitrag, die niemand beantwortete

Der Verfasser fragte, ob die Kälte schuld gewesen sein könnte, da die Schrauben eine Weile draußen gelegen hatten. Das ist eine bessere Frage, als sie aussieht, denn die Temperatur verändert tatsächlich, wie ein Stahlverbindungselement versagt; die allgemeine Form davon steht unter was eine Festigkeitsklasse über tiefe Temperaturen aussagt und was nicht.

In diesem Fall tun wir nicht so, als könnten wir es entscheiden. Wir haben keine Tieftemperaturdaten für Holzschrauben, keinen Zähigkeitswert für den Stahl und die Wärmebehandlung dieser Schrauben und nichts, womit sich ein kalter Schuppen gegen eine nach einem Nadelholzwert gebohrte Vorbohrung abwägen ließe. Sagen lässt sich, dass die verfügbare Rechnung auf das Loch zeigt: Die Holzart war in der Regel genannt, die Regel gibt für sie einen anderen Prozentsatz an, und das Versagen kam am Ende des Eindrehens, wo das Eindrehmoment am größten ist. Diese Erklärung passt, ohne das Wetter zu brauchen.

Was vor dem nächsten Loch zu klären ist

• Von welchem Durchmesser ist der Prozentsatz ein Prozentsatz? Das klären, bevor man über die Zahl streitet. Ein falscher Bezug verschiebt das Loch weiter als ein leicht falscher Prozentsatz
• Steht die Holzart in der Regel? Nadelholz und Laubholz sind verschiedene Zeilen, und für Sechskant-Holzschrauben geht das Handbuch weiter und nennt Gruppen
• Ist die Schraube für ihre Nummer lang? Dann sagt das Handbuch, etwas größer als das effiziente Loch zu bohren und den Kompromiss hinzunehmen
• Gibt es einen Grund, keine Seife zu verwenden? Das Handbuch empfiehlt sie in dichten Hölzern und sagt, dass sie beim Ausziehen fast nichts kostet

Der allgemeinere Punkt ist einer, zu dem diese Website immer wieder aus verschiedenen Richtungen gelangt. Eine Faustregel reist gut, ihre Bedingungen nicht. Der Prozentsatz wurde auf hundert Tabellen kopiert; der Satz, der den Durchmesser und die Holzart nennt, blieb im Handbuch.

Dasselbe Kapitel enthält die Ausziehgleichungen, und teilt man die für Schrauben durch die für Nägel, bleibt nur das Holz übrig.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 1: Grundwerkstoff. 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

Welche Vorbohrung braucht eine Holzschraube?

Das Wood Handbook nennt als Bedingung seiner Ausziehgleichung eine Vorbohrung von etwa 70 Prozent des Kerndurchmessers des Gewindes in Nadelholz und etwa 90 Prozent in Laubholz. Beide Hälften beachten: Der Prozentsatz hängt von der Holzartengruppe ab, und er bezieht sich auf den Kerndurchmesser, nicht auf den Schaft. Das Handbuch tabelliert Schaftdurchmesser nach Nummer, aber keine Kerndurchmesser; der Wert muss also von der tatsächlich verwendeten Schraube kommen.

Warum ist meine Schraube kurz vor dem Ende abgerissen?

Weil dort das Eindrehmoment am höchsten ist. Das Drehmoment wächst, je mehr Gewinde eingreift, sodass ein etwas zu kleines Loch sein Versagen in den letzten Umdrehungen zeigt und nicht am Anfang. Eine nach einer Nadelholzregel bemessene und in Laubholz verwendete Vorbohrung ist ein häufiger Weg dorthin, und das passiert mit dem Handschraubendreher ebenso wie mit dem Akkuschrauber.

Gilt dieselbe Vorbohrregel für Sechskant-Holzschrauben?

Nein, und der Unterschied liegt nicht nur in den Zahlen. Das Wood Handbook gibt die Vorbohrung für den Gewindeteil einer Sechskant-Holzschraube in Prozent des Schaftdurchmessers an: 40 bis 70 Prozent für Nadelhölzer geringer Dichte wie Zedern und Weymouth-Kiefern, 60 bis 75 für Douglasie und Southern Pine und 65 bis 85 für dichte Laubhölzer wie Eichen, wobei der kleinere Prozentsatz jedes Bereichs für kleinere Durchmesser gilt. Außerdem soll die Vorbohrung für den Schaft denselben Durchmesser wie der Schaft haben; eine Sechskant-Holzschraube verlangt also eine gestufte Bohrung.

Verringert Seife auf einer Schraube ihren Halt?

Das Wood Handbook sagt, das Einreiben der Oberfläche mit Seife oder einem ähnlichen Schmiermittel werde empfohlen, um das Eindrehen zu erleichtern, besonders in dichten Hölzern, und es habe wenig Einfluss auf den maximalen Ausziehwiderstand. Im Abschnitt über Sechskant-Holzschrauben wiederholt es die Empfehlung und ergänzt, dass bei langen Schrauben Vorbohrungen etwas größer als die effizientesten verwendet werden sollten.

Kann Kälte Schrauben brechen lassen?

Die Temperatur verändert das Verhalten eines Stahlverbindungselements tatsächlich, und die allgemeine Form dieser Frage behandelt unsere Seite darüber, was eine Festigkeitsklasse über tiefe Temperaturen nicht aussagt. Für eine Holzschraube in einem Schuppen haben wir keine Daten: keinen Zähigkeitswert für den betreffenden Stahl und seine Wärmebehandlung und nichts, womit sich Kälte gegen die Größe der Vorbohrung abwägen ließe. In dem Fall, der diese Seite angestoßen hat, zeigt die verfügbare Rechnung auf das Loch und nicht auf das Wetter.

Warum widersprechen sich veröffentlichte Vorbohrtabellen?

Größtenteils, weil sie Prozentsätze verschiedener Durchmesser sind. Innerhalb eines Kapitels des Wood Handbook ist die Regel für Holzschrauben ein Prozentsatz des Kerndurchmessers und die für Sechskant-Holzschrauben ein Prozentsatz des Schafts, und eine Tabelle trägt meist die Zahlen ohne den Satz, der sagt, zu welchem Durchmesser sie gehören. Da der Kern kleiner als der Schaft ist, ergibt der falsche Bezug immer ein größeres Loch als beabsichtigt.

Quellen

• Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, FPL-GTR-190, Forest Products Laboratory, US Forest Service, 2010; Kapitel 8, Fastenings: Vorbohrbedingung für Holzschrauben, Tabelle 8–9 der Schaftdurchmesser nach Nummer, Vorbohr-Prozentsätze für Sechskant-Holzschrauben sowie die Anweisungen zu Schmiermittel und Hammer
• r/woodworking — der Thread, mit dem alles begann, einschließlich der Aussage des Verfassers, dass es kein Schlagschrauber war, und der Antwort, die dasselbe Versagen von Hand berichtet

Kapitel 8 des Wood Handbook wurde aus einem vollständigen Exemplar des Dokuments gelesen; die wiedergegebenen Bedingungen, Prozentsätze und Anweisungen entsprechen seinem Wortlaut. Das Handbuch tabelliert keine Kerndurchmesser für Holzschrauben, und wir haben dafür keine zitierfähige Quelle; deshalb wird hier für keine Nummer ein Vorbohrdurchmesser in Millimetern genannt. Diese Lücke gehört zur Aussage und ist kein Versäumnis. Für Esche wird keine Rohdichte genannt, weil wir die Spaltendefinitionen der Tabelle, die eine liefern würde, nicht gelesen haben, und nichts auf dieser Seite hängt von einem Dichtewert ab, außer dass Esche ein Laubholz ist. Es wird kein Bruchdrehmoment für eine Holzschraube angegeben: Die Norm für Blechschrauben betrifft eine andere Familie von Verbindungselementen in Blech, und ihre Zahlen sind nicht übertragbar. Die Beobachtung, dass das Eindrehmoment gegen Ende des Eindrehens seinen Höchstwert erreicht, ist allgemeine Mechanik und unsere Aussage, kein Satz aus dem Handbuch. Die Bemerkung des Handbuchs zur zulässigen Zugfestigkeit im Nettoquerschnitt am Kern gehört zum Ausziehen von Sechskant-Holzschrauben und wird hier nicht als Torsionsargument verwendet. Nichts auf dieser Seite diagnostiziert die Schrauben aus dem Thread oder nennt einen Hersteller.