Was versteht man unter einer Vorspannkraft?

Verbindungen mit einer Schraube sollen Bauteile konstant fest zusammenhalten. Hier ist die sogenannte Vorspannkraft von Bedeutung. Sie stellt sicher, dass sich die miteinander verbundenen Elemente weder durch Zugkräfte noch durch seitlich wirkende Scherkräfte voneinander trennen oder sich gegeneinander verschieben.

Erfahren Sie in diesem Beitrag, wie die Vorspannkraft entsteht und worauf bei der richtigen Auswahl der Schrauben sowie bei der Montage zu achten ist.

Was ist die Vorspannkraft einer Schraube?

Beim Anziehen einer Schraube mit einem Schraubenzieher, einem Schraubenschlüssel oder Sechskantschlüssel entsteht in ihrem Gewinde eine Zugkraft. Sie ist abhängig von der eingesetzten Kraft beim Festziehen und bewirkt eine geringfügige elastische Verlängerung der Schraube. Die Kraft, die bei einer derartigen Verformung auf das Gewinde einwirkt, bezeichnet man als Vorspannkraft.

Sie bewirkt nachfolgend eine Verbindung zwischen den Teilen, die miteinander verschraubt werden. Von der richtigen Auswahl der Schraube und gegebenenfalls einer Mutter zur Fixierung sowie der geeigneten Intensität beim Festziehen hängt die Stabilität der Schraubverbindung ab.

Worauf ist bei der Schraubverbindung zu achten?

Die Verbindung zwischen Bauteilen kann nur dann solide sein, wenn die Schraube passend ausgewählt und richtig angezogen ist. Abhängig vom Material der Bauteile, die zusammenzufügen sind, muss eine Schraube der passenden Art, Stärke und Länge ausgewählt werden. Eine zusätzliche Fixierung mit einer Mutter kann zur Sicherung der Schraubverbindung beitragen, wenn regelmäßig hohe mechanische Belastungen auf sie einwirken.

Auch die Intensität der Drehung beim Festziehen, das sogenannte Drehmoment, hat eine hohe Bedeutung. Das eingesetzte Drehmoment entscheidet mit darüber, ob eine Schraubverbindung langfristig stabil sein kann und sie alle notwendigen statischen Erfordernisse erfüllt.

Wird die Schraube zu stark angezogen, kann sie sich verbiegen, da im Gewinde eine Reibung entsteht, die die maximal zu erreichende Vorspannkraft herabsetzt. Bei der professionellen Anbringung von Schraubverbindungen achten die Handwerker daher stets auf die höchstmöglichen Drehmomente, die tabellarisch erfasst sind. Bei der Erzeugung des Drehmoments spielt nicht nur die eingesetzte Handkraft, sondern auch die Länge des verwendeten Schraubenschlüssels eine Rolle.

Welche Kräfte wirken bei einer Schraubverbindung?

Außer der Vorspannkraft, die in der Schraube beim Anziehen als Zugkraft entsteht, treten in den miteinander verbundenen Bauteilen weitere Kräfte auf, die maßgeblich für die Haltbarkeit der Schraubverbindung sind. Die Zugkraft in der Schraube ist verantwortlich für die Erzeugung einer Klemmkraft in den Bauteilen. Diese bewirkt eine feste Verbindung, die die Bauteile weder auseinanderklaffen lässt, noch zulässt, dass sie sich horizontal gegeneinander verschieben. Von der Nachgiebigkeit der Schraube und auch der Bauteile hängt es ab, ob die entstehenden Kräfte für eine dauerhaft stabile Schraubverbindung ausreichen.

Abhängig von den Materialien, die es zusammenzufügen gilt, führen Berechnungen zu einem verlässlichen Ergebnis, welche Schrauben auszuwählen sind und wie stark diese angezogen werden dürfen. Zum Verschrauben von weichem Holz etwa eignen sich andere Schrauben als zum festen Zusammenfügen von Metallteilen und es sind beim Anziehen unterschiedliche maximal zulässige Kräfte aufzuwenden. Beim Kauf einer Schraube und gegebenenfalls einer passenden Mutter erhalten Sie dazu eine fachkundige Beratung.

Betriebskräfte in Schraubverbindungen

Werden Bauteile mit einer Schraubverbindung zusammengefügt, entstehen dabei Betriebskräfte, die sich nur minimal als Belastung auf die Schraube auswirken sollten. Je höher die Vorspannkraft der Schraube ist, umso besser werden die Betriebskräfte von den Bauteilen aufgefangen.

Auch deshalb ist es enorm wichtig, die Schraube mit der richtigen Kraft anzuziehen. Ist die Zugkraft im Gewinde der Schraube zu gering, wirken zu große Betriebskräfte auf sie ein. Es kann dadurch bei mechanischen Belastungen schlimmstenfalls zu Querverschiebungen der Bauteile gegeneinander kommen.

Zusammenfassung: Worauf ist bei Schraubverbindungen zu achten?

Eine solide Schraubverbindung, die lange hält, ist eine Grundvoraussetzung für die stabile Verbindung von Bauteilen. Folgende Faktoren sind bei der Auswahl und der Befestigung von Schrauben zu berücksichtigen, um alle Anforderungen an eine ausreichende Stabilität zu erfüllen:

• Passend zum Material der zu verbindenden Bauteile sind die geeigneten Schrauben auszuwählen.
• Beim Festziehen der Schraube ist eine hohe Sorgfalt anzuwenden. Wird sie zu fest angezogen, besteht die Gefahr, dass sie sich verbiegt.
• Wird die Schraube richtig angezogen, ist ihre Zugkraft ausreichend, um eine solide Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.
• Je höher die Vorspannkraft der Schraube ist, umso moderater wirken sich die Betriebskräfte der Schraubverbindung auf sie aus.