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Gewindeeingriff: Die Schraube soll versagen, nicht das Loch
Kurz gesagt: Das Konstruktionsziel heißt nicht „so viel wie möglich“. Es heißt: Die Schraube gibt nach, bevor das Innengewinde nachgibt. Eine gebrochene Schraube ist sichtbar, vorhersehbar und austauschbar, während ein ausgerissenes Gewinde meist das Grundteil unbrauchbar macht. Der oft zitierte Wert 1×D stammt aus Stahl in Stahl; weicherer Werkstoff braucht mehr. Und bei kleinen Größen gibt es einen zweiten Effekt, der übersehen wird: Die Steigung skaliert nicht mit dem Durchmesser, deshalb ergibt dasselbe 1×D weniger ganze tragende Gewindegänge als weiter oben im Größenbereich.
Das Konstruktionsziel: das schwächste Glied auf die Schraube legen
Zieht man eine Gewindeverbindung auseinander, gibt es nur zwei Ausgänge: Die Schraube bricht, oder das Innengewinde reißt aus. Sie kosten nicht dasselbe:
| Versagen | Ist es sichtbar | Abhilfe |
|---|---|---|
| Schraube bricht | Offensichtlicher Bruch; beim Ausbau gefunden | Eine neue einsetzen |
| Gewinde reißt aus | Oft nur „lässt sich nicht festziehen“ | Nachschneiden, Gewindeeinsatz setzen oder Teil verschrotten |
Woher die Vielfachen selbst kommen und warum ein einziger Forenbeitrag acht davon hervorbringen kann, behandelt eine eigene Seite: warum jede Quelle ein anderes Minimum nennt.
Der Gewindeeingriff wird also so bemessen, dass die Schraube zuerst versagt. Das ist keine übertriebene Vorsicht, sondern legt das Versagen auf die billige, sichtbare Seite.
Ist das Gegenstück eine Mutter statt eines Gewindelochs, nennt die Norm die beabsichtigte Versagensart ausdrücklich: die Mutter hat eine einzige Zahl.
Also ein Durchmesser Eingriff – und der Durchmesser ist nicht das, was ihn bestimmt
Was das Innengewinde tragen kann, ist die abgescherte Gewindefläche mal die Scherfestigkeit des Grundwerkstoffs. Was die Schraube tragen kann, folgt aus ihrem Querschnitt und ihrem eigenen Werkstoff. Damit die Schraube verliert, muss das Produkt auf der Mutterseite groß genug sein – und je weicher der Grundwerkstoff, desto mehr Länge braucht es, um die Fläche auszugleichen.
- Stahl in Stahl: üblicherweise wird etwa 1×D genannt
- Aluminium, Gusseisen und Ähnliches: in der Regel deutlich mehr
- Kunststoffe: eigene Praxis je Harz; Werte für Metall lassen sich nicht übertragen
⚠️ Das sind Faustregeln, keine Bemessungswerte aus einer Norm. Sie setzen eine Festigkeit des Grundwerkstoffs, eine Gewindeform und ein Niveau der Fertigungsqualität voraus. Der Wert, den Sie verwenden, sollte am realen Werkstoff mit der realen Schraube ermittelt werden – das ist dieselbe Messung wie bei Eindreh- und Überdrehmoment.
Lochtiefe ist nicht Gewindeeingriff
Mehrere Abschnitte einer gemessenen Lochtiefe tragen nichts:
- Die Fase an der Lochöffnung hat kein vollständiges Gewinde
- Unvollständige Gewindegänge am Beginn des Gewindeschneidens
- Freiraum am Grund eines Sacklochs, für Späne und für Toleranz
- Unvollständige Gewindegänge und der Gewindeauslauf an der Schraube selbst
Wer die Lochtiefe als Gewindeeingriff ansetzt, überschätzt die tragenden Gänge. Bei großen Größen verdünnt sich der Fehler; bei kleinen Größen kann er mehr als die Hälfte ausmachen.
Die Falle bei kleinen Größen: 1×D ergibt weniger ganze Gewindegänge, nicht weniger Fläche
Die Steigung schrumpft nicht im Verhältnis zum Durchmesser. Dieselbe Formulierung, ein Durchmesser Eingriff, beschreibt recht unterschiedliche Gewindemengen:
| Größe | Regelsteigung | 1×D ≈ Gänge |
|---|---|---|
| M1.0 | 0,25 | 4,0 |
| M1.4 | 0,3 | 4,7 |
| M1.6 | 0,35 | 4,6 |
| M2.0 | 0,4 | 5,0 |
| M3.0 | 0,5 | 6,0 |
| M5.0 | 0,8 | 6,3 |
„Ein Durchmesser reicht“, von M3 und darüber nach unten übertragen, sind bei M1.4 etwa 4,7 Gewindegänge. Die Regel hat ihren Namen behalten und ein Fünftel ihrer ganzen Gewindegänge verloren – was aus einem anderen Grund zählt als dem üblicherweise genannten.
Weniger Gänge bedeuten nicht weniger Scherfläche. Der vorige Abschnitt hat die maßgebliche Größe genannt, ohne diesen Teil durchzurechnen: Was das Innengewinde trägt, ist die abgescherte Fläche mal die Scherfestigkeit des Grundwerkstoffs – und diese Fläche beträgt 0,875 π·d·Le, wobei sich die Steigung herauskürzt, weil mehr Gänge jeweils anteilig weniger Breite tragen. Bei 1×D ergibt das Verhältnis dieser Fläche zum Spannungsquerschnitt der Schraube 5,97 bei M1 gegenüber 4,85 bei M5. Von dieser Geometrie her ist ein Durchmesser am kleinen Ende eher konservativer – bei gleicher Werkstoffpaarung. Über das Ausreißen entscheidet diese Fläche mal die Scherfestigkeit des Grundwerkstoffs gegenüber dem Spannungsquerschnitt der Schraube mal ihrer Zugfestigkeit; die Rechnung sagt also, dass M1 nicht schlechter ist als M5, nicht dass ein Durchmesser in weichem Grundwerkstoff genügt. Dass er das nicht tut, hat der vorige Abschnitt bereits gesagt.
Was die Spalte der Gänge wirklich misst, ist, wie viel ein ganzer Gewindegang wert ist. Ein unvollständiger Einlaufgang, eine Fase, die einen Gang wegnimmt, oder ein einziger stark beschädigter Gang kosten bei M1 ein Viertel des Eingriffs und bei M5 ein Sechstel. Das ist die Falle bei kleinen Größen, zusammen mit Beschichtung und Formfehlern, die ebenfalls nicht mitskalieren – kein Verlust an Scherfläche, den es geometrisch gar nicht gibt.
Drei Änderungen, die still Gewindeeingriff verbrauchen
- Die Schraube kürzen. Der Standardzug bei einem Toleranzketten-Problem – und er nimmt direkt Gewindegänge weg
- Auf einen Senkkopf wechseln. Der Kopf sinkt in das Loch ein, sodass bei gleicher Gesamtlänge weniger Schaft zur Verfügung steht (und auch der Winkel muss passen)
- Eine Scheibe hinzufügen oder die geklemmten Teile dicker machen. Mehr Klemmlänge bedeutet weniger Gewinde im Grundwerkstoff
Einzeln wirken alle drei belanglos. Zusammen sind sie eine häufige Ursache für das Los, das sich „nicht festziehen lässt“. Den Gewindeeingriff nach einer Änderung neu zu berechnen kostet weniger, als später den Ausfällen nachzulaufen.
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.
Anfrage
Die Einschraublänge gehört zur Gewindeentscheidung, und das Gewinde ist Schritt zwei von sechs. Was davor kommt, entscheidet, welche Art Gewinde überhaupt möglich ist, und was danach kommt, wird von ihm eingeschränkt; die Reihenfolge der Entscheidungen (englisch) zeigt den ganzen Weg für alle, die zum ersten Mal eine Schraube spezifizieren.
Was die Einschraublänge nicht bewirkt, ist eine gleichmäßige Verteilung über die Gänge: Der erste Gang trägt immer am meisten, und wie viel, ist keine Konstante.
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