Dauerfestigkeit und Kerbwirkung bei Schrauben

Eine Schraube, die eine Million Mal belastet und entlastet wird, bricht bei einer Kraft, die weit unter ihrer Zugfestigkeit liegt. Das ist Ermüdung: An einer Spannungsspitze entsteht ein mikroskopischer Riss, der mit jedem Lastwechsel ein Stück wächst, bis der Restquerschnitt reißt. Die Bruchfläche zeigt es deutlich: ein glatter, oft gestreifter Bereich des langsamen Rissfortschritts und ein rauer Restbruch. Die Dauerfestigkeit ist die Spannungsamplitude, die eine Schraube beliebig oft erträgt; bei Schrauben liegt sie bei nur etwa 5 bis 10 Prozent der Zugfestigkeit, weil das Gewinde eine scharfe Kerbe ist.

Wo Schrauben brechen

Fast immer im ersten tragenden Gewindegang unter der Mutter, wo die Last am höchsten ist und die Kerbe des Gewindegrunds wirkt, seltener am Übergang vom Kopf zum Schaft oder am Gewindeauslauf. Kerbwirkung bedeutet: An einer scharfen Kontur konzentriert sich die Spannung um ein Mehrfaches gegenüber dem glatten Schaft. Je kleiner der Radius, desto höher die Spitze.

Was die Dauerfestigkeit erhöht

• Gerolltes statt geschnittenes Gewinde: Verdichtete Flanken, ununterbrochener Faserverlauf, glatter Gewindegrund.
• Schlussrollen nach dem Vergüten: Druckeigenspannungen im Gewindegrund, die den Zugspannungen entgegenwirken; erhöht die Dauerfestigkeit nochmals deutlich.
• Großer Radius im Gewindegrund: UNR, UNJ und MJ Profile, Freistiche mit Radius, Dehnschaftübergänge mit großem Übergang.
• Geschmiedeter Kopf: Faserverlauf folgt der Kontur, keine angeschnittenen Fasern am Übergang.
• Hohe Vorspannung und dehnbare Schraube: Je höher die Vorspannkraft und je elastischer die Schraube, desto kleiner die Spannungsamplitude, die bei der Schraube ankommt; Dehnschrauben nach DIN 2510 sind so entworfen.
• Fehlerfreie Oberfläche: Keine Überlappungen, Risse oder Randentkohlung nach ISO 6157, Rissprüfung bei kritischen Teilen.

Was RS Randack dazu beiträgt

Gewinde werden grundsätzlich gerollt, auf Wunsch schlussgerollt; Köpfe geschmiedet; Übergänge mit Radien nach Zeichnung gedreht und bei Bedarf geschliffen; Oberflächen nach ISO 6157 geprüft; Werkstoff und Vergütung im eigenen Labor nachgewiesen. Dauerschwingversuche am Bauteil führen akkreditierte Partnerlabore durch, wenn die Spezifikation es verlangt.

Was Sie angeben sollten

Lastart und Lastwechselzahl, geforderte Dauerfestigkeit oder Prüfung, ob Schlussrollen gewünscht ist, Radien und Übergänge auf der Zeichnung, Prüfumfang nach ISO 6157 und Rissprüfung.