Feuerverzinkte hochfeste Schrauben: Alle Drehmomentbeiwerte sind spezifikationskonform, und Japan schreibt dennoch das Drehwinkelverfahren vor

Für feuerverzinkte F8T gibt es keine eigene JIS

F8T ist eine japanische Festigkeitsklasse hochfester Sechskantschrauben für gleitfeste Verbindungen, genormt in JIS B 1186. Für feuerverzinkte F8T gibt es keine eigene JIS. Laut Fachaufsatz werden die Werte aus JIS B 1186 angewendet, wobei jeder Hersteller mit Zulassung des Ministers für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus verkauft. Zu diesen Werten zählen eine Prüfspannung von mindestens 640 N/mm², eine Zugfestigkeit von 800 bis 1000 N/mm², ein Drehmomentbeiwert von 0,110 bis 0,150 und mindestens 550 g/m² Zink (HDZ55). Unterlegscheiben verlieren durch das Glühen beim Verzinken an Härte, weshalb ihre Untergrenze gesondert festgelegt wird.

Warum die Regelwerke das Drehwinkelverfahren verlangen

Sowohl Japans Regelwerk für Straßenbrücken als auch die Bemessungsnorm für Eisenbahnbauwerke schreiben für feuerverzinkte F8T das Drehwinkelverfahren vor. Die Schraube wird dabei im plastischen Bereich gesteuert und nicht über das Drehmoment im elastischen Bereich. Der Fachaufsatz nennt zwei Gründe: Schwankungen der Schichtdicke an den feuerverzinkten Bauteilen und Schrauben streuen die Vorspannkraft, und der Vorspannkraftverlust durch Relaxation ist groß.

Zuerst wird die Verbindung vorangezogen (die Eisenbahnnorm nennt 100 N·m für M16, 150 für M20 und M22 sowie 200 für M24) und markiert. Danach wird die Mutter bei Schrauben bis zur fünffachen Nenndurchmesserlänge um 120° ± 30° gedreht; längere Schrauben erfordern eine Vorprüfung. Woher der Winkel stammt, erklärt Drehmoment plus Drehwinkel.

Drehmomentbeiwerte von 1.038 Schrauben

Die Erhebung umfasste Abnahmeprüfzeugnisse für Schrauben aus Projekten der Eisenbahnorganisation und sieben Bauunternehmen sowie Prüfschrauben: 346 Datensätze, jeweils der Mittelwert aus drei Schrauben.

Die Mittelwerte liegen in der Mitte des Bereichs; der Mindestwert liegt 0,005 über der Untergrenze und der Höchstwert 0,007 unter der Obergrenze. Ein klarer Zusammenhang mit der Schraubenlänge besteht nicht. Außerdem lag der Drehmomentbeiwert eines Herstellers bei jeder Größe unter 0,120.

Saubere Zahlen, in Klemmkraft übersetzt

Bei gegebenem Drehmoment ist die Klemmkraft umgekehrt proportional zum Drehmomentbeiwert. Zwischen Mindest- und Höchstwert der Zeugnisse gilt 0.143 ÷ 0.115 = 1.24: Eine Charge mit 0,115 erreicht beim gleichen Drehmoment 24% mehr Klemmkraft als eine Charge mit 0,143. Allein für M22 ergeben sich aus dem Mittelwert 0,126 und der Standardabweichung 0,0058 zwei Standardabweichungen zu beiden Seiten von 0,114 bis 0,138, also etwa ±9%. Diese Umrechnungen stammen von dieser Website und verwenden ausschließlich die Zeugniswerte.

Der Zeugniswert ist der Wert aus der Produktprüfung dieses Schraubensatzes. Die von den Regelwerken berücksichtigten Schwankungen der Beschichtung an Schrauben und feuerverzinkten Bauteilen sowie die Relaxation nach dem Anziehen sind darin nicht enthalten. Gleichmäßige Zeugniswerte belegen nicht, dass eine Drehmomentsteuerung genau genug wäre; die Regelwerke entschieden sich stattdessen für eine Winkelsteuerung (Eine Drehmomentangabe setzt einen Reibungszustand voraus).

Für die Spezifikation der Schrauben

Legen Sie zuerst das Anziehverfahren fest. Soll drehmomentgesteuert angezogen werden, bestimmen Sie das Drehmoment anhand des eigenen Beiwerts der feuerverzinkten Schraube, nicht anhand einer Tabelle für blanke Schrauben; die Streuung durch Beschichtung und Relaxation bleibt bestehen (Richtiges Drehmoment, falsche Klemmkraft).

Lesen Sie das Zeugnis der betreffenden Charge. Innerhalb desselben Bereichs können Hersteller systematisch niedrige oder hohe Werte aufweisen. Ein neuer Lieferant oder eine neue Charge ist Anlass, das Drehmoment erneut zu prüfen.

Die feuerverzinkte Mutter ist ein eigenes Thema. Ihr Gewinde wird nach dem Verzinken geschnitten (Bei einer feuerverzinkten Mutter wird das Gewinde nach dem Verzinken geschnitten).

Was diese Seite nicht folgern kann

Dies sind Zeugnisstatistiken für japanische F8T nach JIS B 1186; sie lassen sich nicht unmittelbar auf ISO-Klassen oder andere nationale Regelwerke übertragen. Die Umrechnung der Klemmkraft verwendet nur die Beiwerte aus den Zeugnissen, ohne Schwankungen der Beschichtung im Feld oder Relaxation. Wasserstoffversprödung feuerverzinkter hochfester Schrauben wird in diesem Fachaufsatz nicht behandelt (Der Rostschutz, der die Schraube bricht).

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Dürfen feuerverzinkte hochfeste Schrauben drehmomentgesteuert angezogen werden?

Japans Regelwerke für Straßenbrücken und Eisenbahnbauwerke schreiben für feuerverzinkte F8T das Drehwinkelverfahren vor: zuerst voranziehen und bei Schrauben bis zur fünffachen Nenndurchmesserlänge anschließend um 120° ± 30° drehen. Als Gründe werden Schwankungen der Schichtdicke und große Relaxationsverluste genannt.

Wie hoch ist der Drehmomentbeiwert feuerverzinkter hochfester Schrauben?

Eine Erhebung aus dem Jahr 2020 über Zeugnisse von 1.038 feuerverzinkten F8T-Schrauben ergab Mittelwerte von 0,126 bis 0,129, einen Mindestwert von 0,115 und einen Höchstwert von 0,143 bei einer Vorgabe von 0,110 bis 0,150. Ein Hersteller lag bei jeder Größe unter 0,120.

Quellen

• Komine et al. (2020) — Investigation of torque coefficient and mechanical property on hot dip galvanized high strength bolts, JSCE Journal A1 76(1):174–179 (J-STAGE, frei zugänglich, auf Japanisch)
• Drehmoment plus Drehwinkel

Der Fachaufsatz wurde vollständig gelesen; Vorgabewerte, Anzahl der Datensätze, Drehmomentbeiwerte und mechanische Eigenschaften entsprechen der Veröffentlichung. In den Tabellen ist als Einheit des Drehmomentbeiwerts kN angegeben; der Beiwert ist dimensionslos und wird hier ohne Einheit dargestellt. Das Klemmkraftverhältnis und der Bereich von zwei Standardabweichungen sind Berechnungen dieser Website.