Eine Schraube ist dafür ausgelegt, durch eine ungewindete Bohrung geführt und durch Anziehen einer Mutter verspannt zu werden. Eine Gewindeschraube ist dafür ausgelegt, in ein Gewindeloch einzudrehen oder ihr Gewinde selbst zu schneiden und durch Drehen ihres Kopfes angezogen zu werden. So unterscheidet ASME B18.2.1, die US-Referenznorm für diese Begriffe, zwischen beiden Ausführungen.
Das äußere Erscheinungsbild entscheidet nicht über die Unterscheidung zwischen Schraube und Bolzen. Ein Verbindungselement mit Sechskantkopf kann je nach Montageart beides sein. Im Folgenden werden die praktischen Unterschiede zwischen Bolzen und Schraube erläutert, ihr Festigkeitsverhalten gegenübergestellt und die Auswahl für eine reale Verbindung beschrieben.
Bolzen und Schraube im Überblick
Bolzen | Schraube | |
|---|---|---|
Ausgelegt für | Durchführung durch Bohrungen in den Bauteilen | Ein Gewindeloch oder das Formen des eigenen Gewindes |
Angezogen durch | Drehen der Mutter | Drehen des Kopfes |
Gegenstück | Mutter | Gewindeloch oder das Werkstoffmaterial selbst |
Erforderlicher Zugang | Beide Seiten der Verbindung | Nur von der Kopfseite |
Beispiele | Sechskantschraube, Schlossschraube | Sechskantkopfschraube, Maschinenschraube, selbstschneidende Schraube |
Worin besteht der Unterschied zwischen einem Bolzen und einer Schraube?
ASME B18.2.1 zieht die Grenze nach der konstruktiven Funktion, nicht nach dem äußeren Erscheinungsbild. Form, Größe und Gewindelänge sind in der Definition nicht maßgebend, sodass sich die Einordnung eines Bauteils ändern kann. Eine Innensechskantschraube, die in einen Gewindeblock eingeschraubt wird, ist eine Schraube. Wird dasselbe Bauteil durch eine Durchgangsbohrung mit Mutter eingesetzt, übernimmt es die Funktion eines Bolzens.
Auch die Verwendung variiert je nach Branche und Land. In der britischen Terminologie ist beispielsweise eine Kappenschraube ein Bolzen, dessen Gewinde bis an den Kopf reicht.
Drei praktische Unterschiede
1. Zugänglichkeit: einseitig oder beidseitig
Beim Anziehen eines Bolzens wird der Kopf gehalten und die Mutter gedreht; dafür muss von beiden Seiten Zugang bestehen. Eine Schraube wird dagegen nur von der Kopfseite aus angezogen. Deshalb sind Schrauben die Standardlösung für Sacklöcher und geschlossene Gehäuse.
2. Gewinde und Scherung
Bolzen sind häufig mit einem glatten, ungewindeten Schaft unter dem Kopf ausgeführt. Das ist besonders dann relevant, wenn die Last quer wirkt. Betrachten wir ein Befestigungselement M10 × 1.5: Der Gewindeabschnitt hat einen Zugspannungsquerschnitt von 58 mm² (nach π/4 × (d − 0.9382P)²). Der glatte Schaft weist 78.5 mm² auf. Der Gewindeabschnitt hat damit rund 26% weniger Querschnitt.
Bei Querlasten versuchen Konstrukteure, den ungewindeten Schaft in der Scherebene zu positionieren. Kappenschrauben können teilweise oder vollständig gewindet sein; daher sollte vor dem Einsatz unter Scherbeanspruchung unbedingt die Gewindelänge geprüft werden.
3. Wiederholte Montage
Ein Gewindeloch in Aluminium ist bei einer Schraubverbindung oft das schwächste Glied, da Aluminium eine deutlich geringere Scherfestigkeit als Stahl aufweist. Durch wiederholte Montage entsteht zusätzlicher Verschleiß. Bei einer Bolzenverbindung übernimmt die Mutter diese Belastung, und ein Austausch der Mutter ist kostengünstig. Wenn eine Schraubverbindung häufig geöffnet werden muss, empfiehlt sich ein Gewindeeinsatz oder der Wechsel auf Bolzen und Mutter.
Ist ein Bolzen stärker als eine Schraube?
Nein. Die Festigkeit ergibt sich aus Werkstoff, Wärmebehandlung und Durchmesser; Bolzen und Schrauben sind daher kein Vergleich der Tragfähigkeit. Maßgeblich ist die Festigkeitskennzeichnung, nicht die Benennung.
Eine Sechskant-Innensechskantschraube der Festigkeitsklasse 8 ist eine Schraube. Ihre Mindestzugfestigkeit von 150 ksi ist bei Größen bis ¾ in etwa doppelt so hoch wie die 74 ksi eines Bolzens der Klasse 2.
Festigkeitsklasse / Klasse | Mindestzugfestigkeit | Kopfkennzeichnung |
|---|---|---|
SAE Klasse 2 | 74 ksi (¼–¾ in.) | Keine |
SAE Klasse 5 | 120 ksi (¼–1 in.) | 3 radiale Kerben |
SAE Klasse 8 | 150 ksi (¼–1½ in.) | 6 radiale Kerben |
ISO-Klasse 8.8 | 800 MPa (bis 16 mm) | "8.8" |
ISO-Klasse 10.9 | 1.040 MPa | "10.9" |
ISO-Klasse 12.9 | 1.220 MPa | "12.9" |
Edelstahl A2-70 | 700 MPa (ca. 101,5 ksi) | "A2-70" |
Die Mindestwerte ändern sich mit der Größe. Bei Grade 2 sinkt der Wert über ¾ in. auf 60 ksi, bei Grade 5 über 1 in. auf 105 ksi. Bei Klasse 8.8 verhält es sich umgekehrt: Über 16 mm steigt der Wert auf 830 MPa. Die 74 ksi für Grade 2 gelten für Schrauben mit einer Länge bis 6 in.
Multipliziert mit der Spannungsquerschnittsfläche wird der Unterschied greifbar. Ein Verbindungselement M10 × 1,5 verfügt über eine Spannungsquerschnittsfläche von 58 mm². Seine Mindestzugkraft beträgt in der Festigkeitsklasse 8.8 etwa 46 kN, in 10.9 etwa 60 kN und in 12.9 etwa 71 kN. Die Festigkeitsklasse 12.9 ist damit bei gleicher Größe rund 74 % zugfester als A2-70-Edelstahl.
Verbindungselemente mit unscharfer Abgrenzung
Einige gängige Verbindungselemente werden anhand ihrer Bezeichnung leicht falsch eingeordnet.
Verbindungselement | Eingeordnet als | Hinweis |
|---|---|---|
Schraube | Sie ähnelt einer Sechskantschraube; ausgelegt für ein Gewinde in der Bohrung | |
Maschinenschraube | Schraube | Kleiner Durchmesser; für Gewindebohrungen oder in Verbindung mit einer Mutter |
Bolzen | Der halbrunde Kopf und der Vierkantansatz verhindern das Mitdrehen; wird mit einer Mutter verwendet | |
Schlüsselschraube | Schraube | Wird mit einem Schraubenschlüssel in Holz eingedreht; oft als „Lag Bolt“ bezeichnet |
Ein typischer Verwechslungsfall: Eine Schraube anstelle einer Schraubenverbindung mit Mutter
Nehmen wir an, eine Konstruktion sieht eine M10-Schraube in einer 4 mm starken Stahlkonsole vor, die zur Aufnahme des Gewindes gebohrt und geschnitten ist. Auf dem Papier wirkt das unkritisch: Der Schraubenkopf ist von einer Seite zugänglich, und die Schraube hat die Festigkeitsklasse 8.8.
Das Problem liegt in der Gewindeeingriffslänge. Als Faustregel gilt bei Stahl etwa ein Gewindedurchmesser Eingriff, also 10 mm bei M10. Eine 4-mm-Platte bietet jedoch nur 4 mm. Bei einer Steigung von 1,5 mm sind das weniger als drei Gewindegänge. Damit wird das Gewinde in der Konsole zum schwächsten Glied – nicht die Schraube mit 46 kN.
Die Lösung besteht darin, die Verbindung zu ändern, nicht die Festigkeitsklasse des Verbindungselements. Führen Sie eine M10-Schraube durch ein Durchgangsloch und sichern Sie sie mit einer Mutter; diese stellt die erforderliche Gewindetiefe bereit. Dasselbe Prinzip gilt für jedes dünne oder weiche Grundmaterial.
Schraube oder Bolzen: Die richtige Wahl
Beidseitig zugänglich, die Verbindung soll später wieder gelöst werden: Bolzen und Mutter.
Nur einseitig zugänglich oder Sackloch: Schraube in ein Gewindeloch, sofern das Grundteil ausreichend Materialstärke für das Gewinde bietet.
Querbelastung (Scherbelastung): Bolzen mit glattem Schaft in der Scherfuge.
Holz: Schlüsselschraube in das Holz eingedreht oder Schlossschraube durchgesteckt mit einer Unterlegscheibe und Mutter.
Feuchte Umgebung oder Außenbereich: Edelstahl oder beschichteter Stahl verwenden und anschließend die Festigkeit prüfen. A2-70 (700 MPa) liegt unter Festigkeitsklasse 8.8 (800 MPa). Bei Festigkeitsklasse 10.9 und 12.9 kann eine galvanische Beschichtung zu Wasserstoffversprödung führen; Zinklamellenbeschichtungen vermeiden dieses Risiko.
Ist eine Zeichnung unklar, sollten Sie nachfragen, wie die Verbindung angezogen werden soll. Das klärt die Frage nach Bolzen oder Schraube schneller als die Benennung des Bauteils.
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FAQ
Kann eine Sechskantschraube in einem Gewindeloch verwendet werden?
Ja, sofern Gewindegröße und Steigung übereinstimmen und genügend Gewindegänge greifen, damit das Innengewinde nicht ausreißt. Maßgeblich ist nur der Gewindeeingriff; prüfen Sie daher die Gewindelänge einer teilsgewindigen Schraube. Ist in der Zeichnung eine Zylinderschraube mit Innensechskant vorgesehen, sollte vor dem Austausch die Festigkeitsklasse bestätigt werden.
Worin besteht der Unterschied zwischen einer Schraube und einem Gewindebolzen?
Ein Gewindebolzen hat keinen Kopf und ist an beiden Enden oder über die gesamte Länge mit Gewinde versehen. Ein Ende wird in ein Gewindeloch eingeschraubt, das andere mit einer Mutter gesichert. Siehe Gewindestangen und Gewindebolzen.
Worin besteht der Unterschied zwischen einer Schraube und einer Gewindestiftschraube?
Eine Schraube verbindet zwei Bauteile kraftschlüssig miteinander. Ein Gewindestift ist kopflos und fixiert eine Welle mit einer Wellenmutter, einem Zahnrad oder einer Riemenscheibe, indem seine Spitze gegen die Welle gedrückt wird. Siehe Gewindestifte.
Kann eine Schraube der Festigkeitsklasse 5 durch eine Schraube der Klasse 8.8 ersetzt werden?
Die Festigkeiten liegen nahe beieinander (120 ksi entsprechen etwa 827 MPa gegenüber 800 MPa), die Gewindesysteme sind jedoch unterschiedlich. Zoll- und metrische Gewinde sind nicht untereinander austauschbar; daher sollte der gesamte Satz ersetzt werden: Schraube, Mutter oder Gewindeloch.
Quellen: ASME B18.2.1; SAE J429; ISO 898-1; ISO 3506-1; ISO 10683.
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