Normen für Verbindungselemente: Typen, Güteklassen und Anwendungen

Verbindungselemente, die grundlegenden Bauteile unserer technischen Welt, gibt es in einer immensen Vielfalt an genormten Typen, Güteklassen und Materialien. Das Verständnis dieser Klassifizierungen ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Verbindungselements hinsichtlich Festigkeit, Sicherheit, Korrosionsbeständigkeit und Wirtschaftlichkeit. Hier ist ein Überblick über die wichtigsten Kategorien:

1. Gewindebefestigungen (Bolzen(Schrauben, Bolzen)

1. Sechskantschrauben (ISO 4014/4017, ASME B18.2.1, DIN 931/933):

Güteklassen/Klassen: Metrisch (ISO 898-1): 4.6, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9. Imperial (SAE J429 / ASTM A307, A325, A490): Güteklasse 2, 5, 8, A325 (Strukturell), A490 (Hochfester Strukturell).

Hauptmerkmale: Außensechskantantrieb, Verwendung mit Muttern oder Gewindebohrungen. Voll- oder Teilgewinde.

Anwendungsbereiche: Allgemeine Montage (Maschinen, Rahmen), Stahlbauverbindungen (Gebäude, Brücken) A325/A490), Automobilchassis, Anwendungen mit hoher Beanspruchung (8.8+/Klasse 5+). Der Sechskantkopf bietet eine hohe Drehmomentkapazität.

2. Innensechskantschrauben (SHCS) (ISO 4762, ASME B18.3, DIN 912)

Güteklassen/Klassen: Metrisch: Hauptsächlich 12.9, auch 8.8, 10.9. Imperial: Legierter Stahl (hohe Festigkeit).

                   

Hauptmerkmale: Innensechskantantrieb (Inbus). Zylindrischer Kopf mit flacher Auflagefläche. Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Größe.

Anwendungsbereiche: Werkzeugmaschinen, Präzisionsgeräte, Luft- und Raumfahrt, Anwendungen mit hohem Spannkraftbedarf in beengten Räumen, Baugruppen mit flachem oder bündigem Kopf. Häufig eingesetzt, wenn hohe Festigkeit und ein sauberes Erscheinungsbild erforderlich sind.

3. Innensechskantschrauben mit Knopfkopf (ISO 7380, ASME B18.3, DIN 7380):

Klassenstufen/Kurse: Ähnlich wie SHCS (8.8, 10.9, 12.9).

Hauptmerkmale: Innenliegender Sechskantantrieb, flacher, gewölbter („Knopf“) Kopf.

Anwendungsbereiche: Anwendungen, die einen sehr flachen, abgerundeten Kopf erfordern (Vorrichtungen, Vorrichtungen, Konsumgüter wie Elektronik, Möbel), bei denen Ästhetik oder Freiraum von entscheidender Bedeutung sind.

4. Stellschrauben (ISO 4026-4036, ASME B18.3, DIN 916/913):

Noten/Klassen: Metrisch: 8,8, 10,9, 12,9, 45H (gehärtet). Imperial: Gehärtet.

Hauptmerkmale: Kopflos, verschiedene Spitzentypen (Kelch, Schlitz, Kegel, Mitnehmer). Innenantrieb (Sechskant, Torx, Schlitz).

Anwendungsbereiche: Befestigung von Bauteilen auf Wellen (Zahnräder, Riemenscheiben, Spannringe), Verhinderung von Relativrotation oder axialer Bewegung. Häufig verwendet mit einer gebohrten Arretierung (flache Spitze) oder direkt an der Welle anliegend (Nahtspitze).

5. Maschinenschrauben (ISO 1580, ASME B18.6.3, DIN 84/85):

Festigkeitsklassen: Geringere Festigkeit als Sechskantschrauben/SHCS. Metrisch: 4.8, 5.8. Imperial: Verschiedene (oft vergleichbar mit Festigkeitsklasse 2).

Hauptmerkmale: Kleinerer Durchmesser, feineres Gewinde als bei Schrauben. Linsenkopf, Flachkopf, Rundkopf, Senkkopf. Befestigung mit Schraubendreher (Schlitz, Kreuzschlitz, Pozidriv, Torx) oder Innensechskantschlüssel.

Anwendungsbereiche: Befestigung von Paneelen, Abdeckungen, Leuchten, elektrischen Bauteilen und Geräten; Verbindung dünnerer Materialien mit Gewindebohrungen oder Muttern. Häufig verwendet in der Elektronik- und Leuchtenindustrie.

6. Selbstschneidende Schrauben (ISO 1478/1481, DIN 7504/7981):

Typen: Gewindeformend (Kunststoff, Weichmetalle), Gewindeschneidend (Metall, Holz), Selbstbohrend (mit Bohrspitze - Tek-Schrauben).

Hauptmerkmale: Erzeugt ein eigenes Gegengewinde im Substratmaterial. Verschiedene Kopf-/Antriebsvarianten.

Anwendungsbereiche: Befestigung von Blechen, Kunststoffen, Holz und Verbundplatten (Bauwesen, HLK, Fahrzeugausstattung, Elektronikgehäuse). Selbstbohrende Ausführungen machen Vorbohren in Stahl überflüssig.

7. Nippel (ISO 4016, ASME B16.5/B16.47, DIN 975/976):

Güteklassen/Klassen: Entsprechen den Anforderungen an die passenden Schrauben/Muttern (A193 B7 üblich für Flansche).

Hauptmerkmale: Mit Gewinde an beiden Enden oder über die gesamte Länge. Ohne Kopf.

Anwendungsbereiche: Flanschverbindungen (Rohrleitungen, Druckbehälter), Bauteile, die häufig demontiert werden müssen (Zylinderköpfe), Montage von Teilen, bei denen eine Durchgangsverschraubung nicht möglich ist.

1. Befestigungselemente ohne Gewinde

1. Pins:

Dübel (ISO 2338/8734, ASME B18.8.2, DIN 7): Präzisions-Zylinder- oder Kegelstifte. Werden zur Ausrichtung und Scherkraftübertragung in Baugruppen (Getrieben, Vorrichtungen) verwendet.

Gabelbolzen und Splinte (ISO 2340/1234, ASME B18.8.1, DIN 11024/94): Werden mit Gabelköpfen für Gestänge (Steuerstangen, Hydraulik) verwendet. Splinte sichern Kronenmuttern oder Gabelbolzen.

Rollstifte / Federstifte (ISO 8752, DIN 1481): Elastische Verformung erzeugt Radialdruck. Verwendung: Wellen-/Nabenbefestigung, Scherkraftübertragung, Scharnierstifte.

2. Sicherungsringe / Sicherungsringe (ISO 8750-8753, DIN 471/472, ASME B18.27):

Typen: Außen (Wellennut), Innen (Bohrungsnut). Axiale Befestigung.

Anwendungsbereiche: Befestigung von Lagern, Zahnrädern und Riemenscheiben auf Wellen oder in Gehäusen. Kostengünstige, platzsparende axiale Befestigung.

 

3. Nieten:

Vollnieten (ASME B18.1.1, DIN 660/124): Dauerhaft, Montage durch Stauchen (Hammern/Stauchen). Hohe Festigkeit/Zuverlässigkeit.

Blindnieten (Popnieten) (ISO 15977-15984, DIN 7337): Einseitige Montage. Rohrförmiger Körper mit Dorn.

Anwendungsbereiche: Massiv: Luft- und Raumfahrtstrukturen (kritische Verbindungen), Kessel. Blind: Blechmontage (Elektronik, Haushaltsgeräte, Lüftungskanäle, Fahrzeuge), Anwendungen, bei denen nur eine Seite zugänglich ist.

III: Nüsse

1.  Sechskantmuttern (ISO 4032/4034, ASME B18.2.2, DIN 934):

Güteklassen/Klassen: Muss der Schraubengüte entsprechen (z. B. 8 Mutter für 8.8 Schraube - ISO 898-2, ASME/SAE J995 Güteklasse 2H, 5, 8).

Anwendungsbereiche: Allgemeine Verwendung mit Sechskantschrauben. Volle Höhe (ISO 4032) oder reduzierte Höhe (ISO 4034).

2. Sicherungsmuttern:

Nylon-Einsatzmuttern (ISO 7040/7042, DIN 985/982): Hohes Drehmoment durch Nylon-Einsatz. Vibrationsfestigkeit.

Ganzmetall-Sicherungsmuttern (ISO 7043, DIN 980/6927): Verzerrte Gewinde oder Merkmale oben/unten (Flansch, Verzahnung). Höhere Temperaturbeständigkeit als Nylon.

Anwendungsbereiche: Kritische Verbindungen, die Vibrationen ausgesetzt sind (Motoren, Maschinen, Transportwesen).

3. Flanschmuttern (ISO 4161, DIN 6923):

Hauptmerkmale: Integrierter, scheibenartiger Flansch verteilt die Last, Verzahnungen verhindern häufig ein Lösen.

Anwendungsbereiche: Automobilindustrie, Blechbaugruppen, bei denen eine Lastverteilung oder Vibrationsdämpfung ohne separate Unterlegscheibe erforderlich ist.

1. Unterlegscheiben

1. Flache Unterlegscheibes (ISO 7089/7090, ASME B18.22.1, DIN 125):

Ausführungen: Standard, Breit, Extra Breit.

Anwendungsbereiche: Lastverteilung unter Schraubenkopf/Mutter, Oberflächenschutz, Ausgleich von übergroßen Bohrungen.

2. Federscheiben (ISO 10683, DIN 127/128):

Typen: Schraubenfeder (am häufigsten), Tellerfeder (Scheibenfeder).

Anwendungsgebiete: Bereitstellung einer axialen Federkraft zur Aufrechterhaltung der Spannung und Verhinderung des Lösens (wobei die Wirksamkeit im Vergleich zu anderen Sicherungsmethoden umstritten ist). Tellerfedern sind für hohe Belastungen/Auslenkungen geeignet.

3. Sicherungsscheiben:

Zahnscheiben (Innen-/Außenverzahnung) (ISO 7091, DIN 6797): Die Zähne greifen in den Schraubenkopf und die Oberfläche.

Anwendungsbereiche: Widerstand gegen Verdrehen/Lösen unter Vibrationen (weniger zuverlässig als Sicherungsmuttern für kritische Verbindungen).

Wichtige Normungsorganisationen und Auswahlkriterien

ISO: Internationale Normen (weltweit weit verbreitet).

ASME/SAE/ASTM: Vorwiegend nordamerikanische Normen.

DIN: Deutsche Normen (werden in Europa/weltweit immer noch häufig herangezogen).

JIS: Japanische Normen.

                         

Auswahlkriterien:

1. Belastung: Zug, Scherung, Ermüdung, Vibration? (Bestimmt Material/Güteklasse).
2. Umgebung: Korrosion (Edelstahl – A2/A4, beschichteter Stahl, Legierungen), Temperatur (legierter Stahl, Nickellegierungen), Chemikalien?
3. Montage/Demontage: Dauerhaft (Nieten, Klebstoffe)? Häufiger Zugriff? Werkzeugzugang (Antriebsart)?
4. Zu verbindende Materialien: Metall, Kunststoff, Holz, Verbundwerkstoff? (Beeinflusst Gewindeart und Anpressdruck).
5. Platzbeschränkungen: Kopfhöhe, Freiraum für Werkzeuge?
6. Kosten und Verfügbarkeit: Standard vs. spezialisiert.

Das Verständnis von Normen, Güteklassen und Anwendungsbereichen von Verbindungselementen ist grundlegend für sichere, zuverlässige und effiziente Konstruktion und Montage in unzähligen Branchen. Konsultieren Sie bei kritischen Anwendungen stets die jeweilige Norm und die relevanten technischen Richtlinien.