Schrauben in Aluminium-Solargestellen: Von M5 auf M8 brachte nur etwa ein Fünftel mehr Auszugskraft

Wie der Versuch ablief

Die Proben waren Rechteckrohre aus 6063-T6, 60 × 110 mm mit 2,6 mm Wanddicke, laut Aufsatz nach handelsüblichen Solargestellen und gängiger Praxis auf Dächern bemessen. Zwei Schraubenarten: Bohrschrauben, die direkt in die Wand eingedreht werden und ihr Gewinde selbst formen, und Maschinenschrauben in Bohrungen auf Kerndurchmesser, von Hand mit Gewinde versehen. Beide wurden mit einem Drehmomentschlüssel auf das Anlegedrehmoment des Herstellers angezogen (ein Wert wird nicht genannt) und axial herausgezogen, drei Proben je Kombination.

Zwei Arten zu versagen

Modus I: Das Aluminiumgewinde reißt aus. Die Schraube zeigt keine sichtbare Beschädigung; das Innengewinde in der Rohrwand schert ab, die Wand wölbt sich um das Loch nach außen, und das Versagen tritt bei der Höchstlast schlagartig ein.

Modus II: Die Schraube bricht unter dem Kopf. Der abgebrochene Schaft bleibt in der Wand, das Aluminium verformt sich nur leicht.

Welcher Modus eintritt, hängt vor allem vom Durchmesser ab: Die dünnste Schraube, 3,58 mm, versagte im Modus II; oberhalb von etwa 5 mm versagten alle im Modus I.

Acht Auszugsergebnisse

Im Modus I zählt der Durchmesser deutlich weniger. Das Verhältnis der Durchmesserquadrate von 7,90 zu 4,92 mm beträgt 2,58; das Verhältnis der Auszugskräfte 8,00 ÷ 6,32 = 1,27 oder 8,00 ÷ 6,71 = 1,19, also etwa ein Fünftel mehr (Rechnung dieser Website). Das Modell zeigt, warum: Die Schälspannung konzentriert sich auf die ersten zwei oder drei tragenden Gewindegänge, und eine 2,6 mm dicke Wand fasst nur etwa so viele.

Die Sensitivitätsanalyse des Aufsatzes weist in dieselbe Richtung: Im elastischen Bereich waren die beiden stärksten Größen der Elastizitätsmodul des Aluminiums (0,44) und die Wanddicke (0,40), beides Eigenschaften des Profils; die Profilbreite wirkte negativ, weil sich die Wand aus ihrer Ebene heraus verbiegt.

Wo Text und Tabelle sich widersprechen

Abschnitt 2.3.3 schreibt, eine Verringerung der Steigung der Reihe MS-D5 von 1,1 mm auf 0,8 mm habe die Auszugskraft spürbar erhöht, weil das feinere Gewinde in der 2,6 mm dicken Wand mehr Gänge in Eingriff bringt. Tabelle 1 nennt 6,71 kN bei 1,1 mm und 6,32 kN bei 0,8 mm, also eine Abnahme. Eines von beiden ist vertauscht, und der Aufsatz erlaubt dieser Website nicht zu sagen, welches. Tabelle 1 führt SS-D4 außerdem mit 1,3 mm Steigung, Tabelle 2 mit 1,4.

Die Überlegung zum feineren Gewinde ist plausibel; dieser Datensatz stützt sie nicht. Wer den Aufsatz zur Steigung zitiert, sollte die Tabelle zitieren.

Für alle, die die Schrauben spezifizieren

In dünnem Aluminium zuerst die Wand ansehen, dann die Schraube. In diesem Versuch brachte eine dickere Schraube oberhalb von etwa 5 mm wenig; Wanddicke und das Aluminium selbst waren die Hauptgrößen. Das ist ein Ergebnis für diese 2,6 mm dicke Wand aus 6063-T6 und diese Schrauben, keine Regel (Wenn das Blech zu dünn ist, um ein Gewinde zu halten).

Zu dünn verändert das Versagen. Die Bohrschraube mit 3,58 mm brach bei 4,36 kN unter dem Kopf. Wer in diese Richtung Material spart, macht die Schraube zum schwächsten Glied.

Was diese Seite nicht folgern kann

Die Tabelle nennt Höchstlasten aus Versuchen, keine Bemessungswerte; es wird kein Sicherheitsbeiwert angesetzt und keine Windlast in eine Schraubenanzahl umgerechnet. Die Ergebnisse gelten für ein Rohr aus 6063-T6 mit 2,6 mm Wand und diese acht Schrauben. Der Aufsatz nennt keinen Wert für das Montagedrehmoment.

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

Wie viel bringt eine größere Schraube in einem Aluminiumgestell?

In einem 2026 in Materials veröffentlichten Versuch an Rohren aus 6063-T6 mit 2,6 mm Wanddicke versagten alle Schrauben oberhalb von etwa 5 mm durch Ausreißen des Aluminiumgewindes; von 4,92 auf 7,90 mm stieg die Auszugskraft von 6,32-6,71 kN auf 8,00 kN, also um etwa ein Fünftel. Das gilt nur für diese Bedingungen.

Versagt beim Auszug die Schraube oder das Aluminium?

Das hängt von der relativen Festigkeit ab. Im selben Versuch brach eine Bohrschraube mit 3,58 mm bei 4,36 kN unter dem Kopf, während Schrauben oberhalb von etwa 5 mm das Aluminiumgewinde ausrissen und selbst unversehrt blieben. Elastizitätsmodul des Aluminiums und Wanddicke waren in der Sensitivitätsanalyse die Hauptgrößen.

Quellen

• Zhang et al. (2026) — Tensile Pull-Out Behaviour and Global Sensitivity Analysis of Fastening Screws in Photovoltaic Aluminium Support Structures, Materials 19(14):3070 (frei zugänglich, CC BY)
• Wenn das Blech zu dünn ist, um ein Gewinde zu halten

Volltext über Europe PMC, vollständig gelesen; die Werte aus Tabelle 1 wie veröffentlicht. Die Verhältnisse sind Rechnungen dieser Website. Der Widerspruch zur Steigung zwischen Text und Tabelle 1 sowie die abweichende Steigung von SS-D4 zwischen den Tabellen 1 und 2 wurden bei der Prüfung gefunden und werden so wiedergegeben.