Wer Schrauben als Verbindungselemente nutzt, muss sich mit unterschiedlichen Bauformen und Standards auseinandersetzen. Im Vordergrund steht dabei immer die Stabilität der Verbindung, die sich dank leistungsfähiger Software-Tools zuverlässig berechnen lässt.

Schraubenverbindungen berechnen: Ein Software-Tool erleichtert die Arbeit

Die Welt der Schrauben ist im Umbruch: Bisherige DIN-Normen werden immer häufiger durch EN/ISO-Standards ersetzt. Das schafft Eindeutigkeit und erleichtert den internationalen Handel. Auch die Auslegung von Schraubverbindungen wird einfacher: Sie lässt sich heute zeitsparend mit speziellen Tools zur Schraubenberechnung nach VDI 2230 Blatt 1 ermitteln.

Schrauben sind in den meisten Branchen die am häufigsten verwendeten Elemente für lösbare Verbindungen. Sie verschließen Gehäuse, verankern Komponenten, halten Möbel zusammen und vieles mehr. So groß wie die Bandbreite der Anwendungen ist die Vielfalt der Schrauben. Damit sich Waren und Werkzeuge international austauschen lassen, ist die Normierung von Schrauben geradezu zwingend erforderlich.

Eine Schraubennorm standardisiert eines oder mehrere der folgenden Merkmale:

• Kopfform
• Art des Gewindes
• Gewindelänge
• Gewindesteigung
• Werkstoff
• Festigkeitsklasse
• Beschichtung

Umstellung von DIN auf ISO weit fortgeschritten

Noch vor wenigen Jahrzehnten waren in Deutschland DIN-Normen die vorherrschende Normenfamilie. Im Zuge der Internationalisierung wurden die meisten DIN-Schraubennormen durch europäische EN- und internationale ISO-Normen ersetzt. Im Prinzip erfolgt die Übertragung der Normen von „oben nach unten“. Das heißt: Eine neu eingeführte ISO-Norm wird meist als EN-Norm und von dort als DIN-Norm übernommen. Eine eventuell schon vorhandene deutsche Norm wird dann eingezogen. So wurde zum Beispiel die 1924 erstmals eingeführte und mehrfach revidierte DIN 84 für Zylinderschrauben mit Schlitz durch die DIN EN ISO 1207 ersetzt. Was Schraubennormen betrifft, hat das Deutsche Institut für Normung (DIN) viel Pionierarbeit geleistet. Deshalb gehen viele ISO-Standards auf deutsche Normen zurück.

Häufig sind die neuen ISO-Normen aber nicht ganz deckungsgleich mit den entsprechenden früheren deutschen Standards – was in Vergleichslisten, die online kursieren, nicht immer erwähnt wird. Bei Schrauben mit Sechskantköpfen zum Beispiel weichen häufig einzelne Schlüsselweiten ab. Bei anderen Schrauben ändern sich teilweise Kopfhöhen, Kopfdurchmesser oder der Senkwinkel. Deswegen sollten Betriebe vor einem Wechsel von einer DIN- auf eine ISO-Norm die Standards genau vergleichen. Eventuell sind im Zuge der Umstellung einige Werkzeuge auszutauschen.

Neue ISO-Normen können in Details abweichen

Im Handel und unter Praktikern werden für Schrauben oft noch die DIN-Bezeichnungen verwendet, selbst wenn die deutsche Norm schon eingezogen wurde. Dagegen ist formal nichts einzuwenden – schließlich haben Normen nur empfehlenden Charakter. Allerdings können dadurch Missverständnisse entstehen, wenn die neue und die alte Norm doch nicht ganz identisch sind. Mit der Verwendung der aktuellen Standards sind alle Beteiligten auf der sicheren Seite.

Für manche DIN-Normen gibt es ohnehin keine entsprechende EN- oder ISO-Norm, da es international bisher nicht überall Bedarf zur Standardisierung gibt. Wie groß die Vielfalt der nur national genormten Schrauben ist, zeigt das 760 starke DIN-Handbuch Mechanische Verbindungselemente 1. Auch im Zeitalter der Globalisierung wird es also weiterhin DIN-Normen geben.

Neben den Schraubennormen verändern sich auch die Methoden, wie Schraubverbindungen ausgelegt werden. Bei Verschraubungen für hohe Lasten und sicherheitsrelevante Verbindungen ist es unabdingbar, dass Ingenieure die Tragkraft berechnen und Sicherheitsreserven einplanen. Traditionell erfolgt das durch Berechnungen mit Hilfe von Taschenrechnern oder Tabellenkalkulationen. Dieses Vorgehen kostet Zeit und birgt die Gefahr von Übertragungsfehlern. Deswegen erfolgt heute die Auslegung von Schraubverbindungen meist mit spezieller Software für technische Berechnungen. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Ergebnisse den aktuellen Stand der Technik sowie die relevanten Normen und Richtlinien widerspiegeln.

Bei der Software zur VDI 2230 Blatt 1 – Schraubenberechnung ist das gesichert. Der Entwickler, das Unternehmen Tedata, bringt die jeweils aktuellen Normen des Maschinen- und Anlagenbaus in die Software ein. Bei dem Tool zur Auslegung von Schraubverbindungen ist das insbesondere die VDI-Richtlinie 2230 zur systematischen Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen. Dieses Regelwerk gilt heute auch international als anerkannter Standard. Die Berechnung von Stahlschrauben für den Stahlbau gemäß Eurocode 3 lässt sich mit dieser Software ebenfalls durchführen.

Die Software ist so ausgelegt, dass der Konstrukteur Schritt für Schritt eine korrekte Schraubenberechnung ausführt – dafür sorgen sowohl die enthaltenen Algorithmen als auch eine umfangreiche Bibliothek von Normschrauben. Das Tool ist aber offen genug, um auch Spezialfälle abzubilden. So können Anwender zum Beispiel Sonderwerkstoffe definieren, eigene Schraubengeometrien entwerfen und mit exzentrischen Lastfällen arbeiten. Wer die Software zunächst kennenlernen möchte, kann eine kostenlose Demo-Version herunterladen.

Für die Anwendung einer solchen Software sprechen die schnellere Berechnung und auch die höhere Rechtssicherheit. Denn Unternehmen müssen heute oft dokumentieren, dass die Schraubverbindungen die Anforderungen erfüllen. Das kann durch die Verwendung einer Software geschehen, die Berechnungen nach anerkannten technischen Regeln durchführt.

Die DIN-Akademie führt gemeinsam mit Mdesign immer wieder Schulungen zur Auslegung von Schraubverbindungen durch. So bleiben Methoden, Software und technische Standards gleichermaßen auf dem neuesten Stand.