Thema · Schrauben & Gewinde

Schrauben und Gewinde: die Grundlagen mit Zahlen

Wie ein Gewinde aufgebaut ist, was Regel-, Fein-, Zoll- und Rohrgewinde unterscheidet, was 8.8 oder A2-70 auf dem Schraubenkopf bedeutet, warum sich Schrauben lösen und welcher Bohrer ins Kernloch gehört. Jede Zahl mit Quelle.

Zur Gewindetabelle

Kernloch-Rechner

Abb. 1 · Metrisches ISO-Gewinde im HalbschnittEigene Zeichnung · schematisch

Grundlagen

Das metrische ISO-Gewinde

Seit 1963 gilt das metrische ISO-Gewinde als Basis für eine weltweit einheitliche Normung der mechanischen Verbindungselemente wie Schrauben und Muttern.¹ Sein Profil hat einen Flankenwinkel von 60°.¹

Steigung P ist der Abstand von einem Gewindegang zum nächsten. Beim Regelgewinde M8 sind es 1,25 mm.¹²
Regelgewinde haben für jeden Durchmesser eine feste Steigung; die Bezeichnung nennt nur den Durchmesser, etwa M10 (Steigung 1,5 mm).¹
Feingewinde haben beim selben Durchmesser eine kleinere Steigung, die in der Bezeichnung steht, etwa M8×1. Für M8 nennt Reyher die Feinsteigungen 1, 0,75 und 0,5 mm und empfiehlt die erste.¹
Linksgewinde bekommen den Zusatz LH, zum Beispiel M20×80 LH.¹
Andere Gewinde, andere Winkel: Whitworth-Gewinde haben 55°, metrische Trapezgewinde 30°.¹

Bezeichnung lesen

Was steht in „M8×1×40“?

M	metrisches ISO-Gewinde, 60°¹
8	Nenndurchmesser 8 mm
×1	Steigung 1 mm, also Feingewinde (Regelgewinde M8: 1,25 mm)¹²
×40	Schraubenlänge 40 mm

Schema nach den Bezeichnungsbeispielen bei Reyher, etwa „M 20x2x80“ für ein Feingewinde.¹

Gewinde messen

Fünf Maße beschreiben ein Gewinde

Reyher zeigt am Gewindeprofil fünf Messpunkte: den Außendurchmesser, der zugleich das Nennmaß ist, den Flankendurchmesser, den Kerndurchmesser, die Steigung und den Flankenwinkel. Bei der Schraube heißen die Durchmesser d, d₂ und d₃, bei der Mutter D, D₂ und D₁. Geprüft wird das Außengewinde mit Lehrringen, Flankenmikrometer oder optischem Messgerät, das Innengewinde mit Lehrdornen.³

Eine M8-Schraube ist nicht 8 mm dick. In der üblichen Toleranz 6g liegt ihr Außendurchmesser zwischen 7,760 und 7,972 mm; das Muttergewinde in 6H beginnt bei 8,000 mm.³
Schraube und Mutter haben verschiedene Kerndurchmesser. Bei M8 misst der Kern der Schraube 6,272 bis 6,438 mm, der Kern der Mutter 6,647 bis 6,912 mm. Fürs Kernloch zählt der Wert der Mutter.²³
6g und 6H sind der Standard für Schrauben und Muttern ohne oder mit dünnem galvanischem Überzug. Für dicke Überzüge oder mehr Spiel empfiehlt Reyher 6e und 6G.³ Die Zahl steht für die Breite des Toleranzfelds, der Buchstabe für seine Lage; kleine Buchstaben gelten für Außen-, große für Innengewinde.³

Aufgefächerte Gewindelehre mit vielen gezahnten Stahlblättern, Aufschrift Whitworth 55° — **Gewindelehre**Für Whitworth- und metrische Gewinde: Jedes Blatt trägt das Zahnprofil einer bestimmten Steigung.Foto: CEphoto, Uwe Aranas, CC BY-SA 3.0, über Wikimedia Commons

Beispiel M8

Grenzmaße in mm

d	Außen-Ø Schraube (6g): 7,760–7,972
d₂	Flanken-Ø Schraube: 7,042–7,160
d₃	Kern-Ø Schraube: 6,272–6,438
D₂	Flanken-Ø Mutter (6H): 7,188–7,348
D₁	Kern-Ø Mutter (6H): 6,647–6,912

Auswahl aus ISO 965-2, zitiert nach Reyher, Tabelle 4.³

Gewindearten

Nicht jedes Gewinde ist metrisch

An Rohren und Armaturen, an Schrauben nach US-Normen und an Spindeln begegnen dir andere Profile als das metrische ISO-Gewinde. Die wichtigsten im Überblick, nach der Gewindeübersicht von Reyher und der Fachinformation von Austrian Standards.¹⁴

Acht schwarze Sechskantschrauben mit verschiedenen Gewinden, im Bogen nebeneinander gelegt — **Acht Gewinde im Vergleich**Von links: M12 mit Linksgewinde, M12, M12×1,5, M12×1,25, 1/2″ UNF, 1/2″ UNC, 1/2″ BSW und 1/2″ BSF (Whitworth fein), alle mit Sechskantkopf.Foto: Christoph Roser at AllAboutLean.com, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons

Gewinde	Beispiel	Winkel	Norm	Typische Anwendung
M Regelgewinde	M 20×80	60°	ISO 724, DIN 13-1	allgemein
M Feingewinde	M 20×2×80	60°	ISO 724, DIN 13-2 bis 13-11	wenn die Steigung des Regelgewindes zu groß ist
UNC, UNF	3/4-10 UNC, 3/4-16 UNF	60°	ASME B1.1	Zollgewinde nach US-Normen
G	G 3/4	55°	ISO 228-1	Rohre und Armaturen; dichtet nicht im Gewinde
R und Rp	R 3/4	55°	EN 10226-1	Gewinderohre und Fittings; R ist kegelig (1:16) und dichtet im Gewinde
Tr	Tr 20×4	30°	ISO 2901 bis 2904, DIN 103	allgemein, auch als Bewegungsgewinde

Gewindearten im Vergleich

Metrisch, Zoll, Rohr oder Trapez: Norm, Flankenwinkel, Steigung und Einsatzzweck der sieben Gewinde, die in Werkstatt und Haustechnik am häufigsten vorkommen.

	M Regelmetrisch	UNCZoll	GRohrgewinde
Norm und Profil
Norm	ISO 724, DIN 13-1	ASME B1.1 (USA), BS 1580 (Vereinigtes Königreich)	ISO 228-1 (früher DIN 259)
Flankenwinkel	60°	60°	55°
Form	zylindrisch	zylindrisch	zylindrisch
Maßsystem	metrisch (mm)	Zoll (inch), Gänge pro Zoll	Zoll-Größe, Gänge pro Zoll
Bezeichnung (Beispiel)	M 20x80	3/4-10 UNC	G 3/4
Maße
Typische Steigung bzw. Gänge pro Zoll	M6: 1 mm · M10: 1,5 mm · M20: 2,5 mm	1/4″: 20 · 1/2″: 13 · 3/4″: 10 · 1″: 8 Gänge pro Zoll	1/8″: 28 · 1/4″ und 3/8″: 19 · 1/2″ bis 7/8″: 14 · ab 1″: 11 Gänge pro Zoll
Größenbereich	1 bis 68 mm	Nr. 1 bis 4 Zoll (in der Tabelle)	1/16 bis 6 Zoll
Kernlochbohrer (Beispiel)	M8: 6,8 mm	1/4-20: 5,1 mm	G 1/2: 19,0 mm
Einsatz
Dichtet im Gewinde	nicht als Dichtgewinde aufgeführt	nicht als Dichtgewinde aufgeführt	nein: für nicht im Gewinde dichtende Verbindungen
Typische Anwendung	allgemein	Verbindungselemente mit Zollgewinde nach US-Normen	Rohre, Rohrverbindungen und Armaturen

Zoll und Rohr

Drei Fallen beim Nachmessen

1/4-20 UNC ist kein M6. Der Durchmesser beträgt 6,350 mm, die Steigung 25,4 ÷ 20 = 1,27 mm statt 1 mm. Gebohrt wird mit 5,1 statt 5,0 mm.¹²⁵
G 1/2 ist nicht 12,7 mm dick. Die Zollgröße eines Rohrgewindes ist kein Maß am Gewinde: G 1/2 hat 20,955 mm Außendurchmesser und 14 Gänge pro Zoll.⁶ Das Kernloch dafür: 19,0 mm.²
Dicht oder nicht dicht: G ist für Verbindungen gemacht, die nicht im Gewinde dichten. Das kegelige Außengewinde R dichtet zusammen mit dem zylindrischen Innengewinde Rp im Gewinde.⁴

Steigung oder Gänge

Wie Zollgewinde gezählt werden

Metrische Gewinde nennen die Steigung in Millimetern. Zoll- und Rohrgewinde nennen stattdessen, wie viele Gänge auf einen Zoll kommen, also auf 25,4 mm.¹⁵

1/4″	UNC 20 · UNF 28 · Rohrgewinde 19 Gänge
1/2″	UNC 13 · UNF 20 · Rohrgewinde 14 Gänge
3/4″	UNC 10 · UNF 16 · Rohrgewinde 14 Gänge
1″	UNC 8 · UNF 12 · Rohrgewinde 11 Gänge

Gänge pro Zoll nach Reyher, Tabelle 6.¹

Festigkeitsklassen

Was 8.8, 10.9 und 12.9 bedeuten

Die zwei Zahlen auf dem Kopf einer Stahlschraube sind ein Code aus ISO 898-1. Die erste Zahl mal 100 ergibt die Zugfestigkeit in N/mm². Erste mal zweite Zahl mal 10 ergibt die Streckgrenze, bei 8.8 und darüber die 0,2-%-Dehngrenze.¹

8.88 × 100 = 800 N/mm² Zugfestigkeit8 × 8 × 10 = 640 N/mm² Streckgrenze

Klasse	R_m Nennwert	R_m min.	R_eL bzw. R_p0,2 Nennwert	R_eL bzw. R_p0,2 min.	Bruchdehnung A min.
4.6	400	400	240	240	22 %
4.8	400	420	320	340	–
5.6	500	500	300	300	20 %
5.8	500	520	400	420	–
6.8	600	600	480	480	–
8.8 (bis M16)	800	800	640	640	12 %
8.8 (über M16)	800	830	640	660	12 %
9.8 (bis M16)⁷	900	900	720	720	10 %
10.9	1000	1040	900	940	9 %
12.9	1200	1220	1080	1100	8 %

Werte nach ISO 898-1 bei Raumtemperatur (ca. +20 °C), zitiert nach Reyher, Technische Informationen TI-232; 9.8 nach dem Norm-Auszug von Würth, denn Reyher führt diese Klasse nicht.¹⁷ Für 4.8, 5.8 und 6.8 nennen beide Tabellen keine Bruchdehnung an der abgedrehten Probe.¹⁷ Nach Norm sind Schrauben ab M5 mit Herstellerzeichen und Festigkeitsklasse zu kennzeichnen, Sechskantschrauben und Zylinderschrauben mit Innensechskant möglichst auf dem Kopf.¹

Festigkeitsklassen im Vergleich

Stahlschrauben nach ISO 898-1 und Edelstahlschrauben nach ISO 3506-1 nebeneinander: Festigkeit, Dehnung, Härte, Werkstoff und Kennzeichnung. Werte aus den Technischen Informationen von Reyher und Würth.

	8.8Stahl	10.9Stahl	A2-70Edelstahl
Festigkeit
Nennzugfestigkeit Rm, nom N/mm²	800	1000	–
Mindestzugfestigkeit Rm, min N/mm²	800 (über M16: 830)	1040	700
Streckgrenze ReL bzw. 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2, min N/mm²	640 (über M16: 660)	940	450
Streckgrenzenverhältnis	0,8	0,9	≈ 0,64
Streckgrenze bzw. Dehngrenze bei +200 °C N/mm²	540	790	≈ 360
Verformung und Härte
Bruchdehnung A, min	12 %	9 %	0,4 · d (in mm)
Vickershärte HV	250–320 (über M16: 255–335)	320–380	–
Werkstoff und Kennzeichnung
Werkstoff und Wärmebehandlung	vergütet (abgeschreckt und angelassen): Kohlenstoffstahl, auch mit Zusätzen wie Bor, Mn oder Cr	vergütet (abgeschreckt und angelassen): Kohlenstoffstahl, auch mit Zusätzen wie Bor, Mn oder Cr, oder legierter Stahl	austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, z. B. 1.4301; kaltverfestigt, nicht härtbar
Kennzeichnung	„8.8“ und Herstellerzeichen, möglichst auf dem Kopf	„10.9“ und Herstellerzeichen, möglichst auf dem Kopf	„A2-70“ (Stahlsorte und Festigkeitsklasse) und Herstellerzeichen
Farbcode für Gewindestangen (DIN 976)	verkehrsgelb	perlweiß	verkehrsgrün
Praxis
Passende Mutter (Festigkeitsklasse)	8	10	–
Gewindebereich der Tabellenwerte	Werte getrennt bis M16 und über M16	–	bis M24; darüber nach Vereinbarung

Mehr als zwei Zahlen

Was die Klasse noch verrät

Ab 8.8 vergütet: Diese Schrauben werden gehärtet und angelassen; vorgeschrieben ist das ab 8.8.⁸ Die Klassen bis 6.8 sind aus Kohlenstoffstahl, 12.9 aus legiertem Stahl.⁹
Härter, aber weniger dehnbar: Die Vickershärte steigt von 120 bis 220 HV bei 4.6 auf 385 bis 435 HV bei 12.9. Die Bruchdehnung sinkt von mindestens 22 % auf 8 %.¹
9.8 nur bis M16: Darüber gibt es diese Klasse nicht.⁷
Wärme kostet Festigkeit: 8.8 hat bei +200 °C noch 540 N/mm² Streckgrenze, bei +300 °C 480 N/mm². Dauereinsatz in der Wärme kann zu deutlicher Spannungsrelaxation führen.¹
Null davor: Schrauben mit reduzierter Belastbarkeit, etwa Zylinderschrauben mit niedrigem Kopf (DIN 7984), tragen eine vorangestellte Null: 08.8.¹

Schraube und Mutter

Welche Mutter passt?

Bei Muttern ab einer Höhe von 0,8 d ergibt die erste Zahl der Schraubenklasse die Mutternklasse: Zu 8.8 gehört eine Mutter der Klasse 8, zu 10.9 eine 10.¹⁰ Eine Mutter der höheren Klasse darf im Allgemeinen statt der niedrigeren verwendet werden.¹⁰

Niedrige Muttern mit 0,5 d bis 0,8 d Höhe tragen eine vorangestellte Null, etwa 05: Sie können die Kraft einer Schraube wegen der geringen Bauhöhe nicht oder nur eingeschränkt aufnehmen.¹⁰

Keine Anzugsmomente. Für das richtige Anziehmoment sind die Reibverhältnisse in der Schraubenverbindung ausschlaggebend (Richtlinie VDI 2230).¹ Deshalb nennen wir hier keine Werte: Sie gehören in die Unterlagen der Konstruktion oder des Herstellers.

Edelstahl

A2-70 und A4-80: so liest du Edelstahlschrauben

Auf nichtrostenden Schrauben stehen ein Buchstabe, eine Ziffer und eine Zahl. In A2-70 steht A für austenitischen Stahl, 2 für den Legierungstyp in dieser Gruppe und 70 für eine Zugfestigkeit von mindestens 700 N/mm².¹¹

Nicht härtbar: Austenitische Edelstähle lassen sich nicht durch Abschrecken härten; ihre Festigkeit bekommen sie durch Kaltverfestigung beim Umformen.¹²
A2 oder A4: A2 ist die am häufigsten verwendete Sorte für gepresste Verbindungselemente. A4 ist mit Molybdän legiert, wird oft „säurefest“ genannt und ist deutlich korrosionsbeständiger.¹²
Vorsicht bei Chlorid: A1 bis A3 sind nicht für Umgebungen mit Chlorid geeignet, etwa Schwimmbäder mit Chlor als Reinigungsmittel oder das Meer. A4 verträgt manche chloridhaltige Umgebungen, Schwimmbäder mit Chlor als Reinigungsmittel und viele maritime Umgebungen aber ebenfalls nicht.¹²
Magnetisch? Geglüht sind austenitische Stähle normalerweise nicht magnetisch; die Kaltumformung bei der Herstellung kann aber Restmagnetismus hinterlassen.¹²
Kennzeichnung ab M5 mit Herstellerzeichen, Stahlsorte und Festigkeitsklasse, also zum Beispiel „A2-70“.¹²

ISO 3506-1

Festigkeit von A2 und A4

Klasse	R_m min.	R_p0,2 min.	A min.
50	500	210	0,6 d
70	700	450	0,4 d
80	800	600	0,3 d

R_m und R_p0,2 in N/mm². A ist die Bruchdehnung als bleibende Verlängerung der ganzen Schraube in mm, d der Nenndurchmesser. Klasse 50 gilt bis M39, 70 und 80 bis M24.¹²¹³ Bei +200 °C bleiben 80 % der Dehngrenze, bei +400 °C 70 %.¹²

Schraubensicherung

Warum sich Schrauben lösen

Eine Schraubenverbindung hält, solange die Vorspannkraft bleibt. Reyher unterscheidet nach DIN 25201-4 zwei Wege, auf denen sie verloren geht: das Lockern und das selbsttätige Losdrehen.¹⁴

Lockern

Die Verbindung setzt sich

Kriechen und Setzen, also das Einebnen von Oberflächenrauheiten, lassen die Vorspannkraft sinken, unter Umständen bis auf null. Je mehr Trennfugen, desto mehr Setzen: Jede unnötige Unterlegscheibe bringt eine zusätzliche Fuge.¹⁴

Weiche Scheiben nach DIN 125 mit 140 HV gehören deshalb nicht in eine hochfeste Verbindung ab 8.8. Größere Klemmlängen, etwa mit Dehnhülsen oder Dehnschaftschrauben, fangen Setzverluste besser auf.¹⁴

Losdrehen

Querkräfte drehen die Mutter auf

Verschieben sich die Bauteile unter wechselnder Querlast gegeneinander, entsteht ein Losdrehmoment, das die Selbsthemmung im Gewinde und an den Auflageflächen überwinden kann. Je nach Frequenz der Lastwechsel lockert sich die Verbindung und fällt schließlich auseinander.¹⁴

Dagegen helfen eine höhere Vorspannkraft, eine elastischere Schraube, mehr Reibung, Passschrauben oder Stifte gegen Querschlupf, sperrende Elemente und Klebstoff.¹⁴

Sicherung	Was sie leistet	Zu beachten
Verliersicherung	verhindert das Auseinanderfallen, aber nicht den Verlust an Vorspannkraft; etwa Muttern mit Klemmteil, klemmende Beschichtungen, gewindefurchende Schrauben	in der Regel bleiben etwa 20 % der Vorspannkraft
Losdrehsicherung	verhindert das selbsttätige Losdrehen: Formschluss über Sperrzähne oder -rippen, Keilsicherungsscheiben oder Klebstoff	die Vorspannkraft fällt in der Regel nicht unter 80 %; Sperrzähne verändern die Reibwerte stark
Klebende Sicherung	Mikrokapseln mit Kleber und Härter auf dem Gewinde oder anaerober Flüssigklebstoff; sichert und dichtet zugleich, in der Regel nach 24 Stunden	je nach Produkt nur bis 110 bis 200 °C belastbar

Nach Reyher, Technische Informationen TI-256 und TI-257.¹⁴ Sicherungen aus austenitischem Edelstahl A1 bis A5 sind nicht federhart und können Setzbeträge nicht durch Federwirkung ausgleichen.¹⁴

Kernloch

Erst bohren, dann schneiden

Bevor ein Innengewinde geschnitten wird, kommt das Kernloch. Die Faustregel: Kernlochdurchmesser ≈ Nenndurchmesser − Steigung. Bei M8 also 8 − 1,25 = 6,75 mm; gebohrt wird mit 6,8 mm.²¹⁵

Die Herstellertabelle nennt dazu, zwischen welchen Grenzen der Kerndurchmesser des Muttergewindes liegen darf: bei M8 von 6,647 bis 6,912 mm (Toleranzklasse 6H).²

Kernloch-Rechner

Ganze Tabelle

Die häufigsten Größen

Gewinde	Steigung P	Kernlochbohrer
M3	0,50 mm	2,50 mm
M4	0,70 mm	3,30 mm
M5	0,80 mm	4,20 mm
M6	1,00 mm	5,00 mm
M8	1,25 mm	6,80 mm
M10	1,50 mm	8,50 mm
M12	1,75 mm	10,20 mm
M16	2,00 mm	14,00 mm

Werte: Hartner.² Die Gewindeliste der Feinmechanikwerkstatt der Universität Regensburg nennt für diese Größen dieselben Kernlochbohrungen.¹⁶

Gewinde reparieren

Ausgerissen? Ein Gewindeeinsatz aus Draht

Ein Gewindeeinsatz aus Draht ist eine Spirale aus Draht mit rautenförmigem Querschnitt. Gewickelt hat sie zwei Gewindeprofile: außen für das vorbereitete Aufnahmegewinde im Werkstück, innen für die Schraube.¹⁷

Er ersetzt beschädigte oder abgenutzte Gewinde und dient von Anfang an als hoch belastbares Innengewinde, in metallischen wie in nichtmetallischen Werkstoffen.¹⁷
Genormt ist er in DIN 8140; Teil 2 regelt das Aufnahmegewinde, Kurzzeichen EG M.⁴¹⁷
Form A ist zylindrisch. Form B hat in der Mitte klemmende Windungen gegen selbsttätiges Lösen und ist rot gefärbt.¹⁷
Standardwerkstoff ist Edelstahl 18.8 (A2). Die Nennlänge, etwa 1,5 d, hängt vom Werkstoff des Werkstücks und von der Festigkeitsklasse der Schraube ab.¹⁷
Ablauf: bohren, Aufnahmegewinde schneiden, Einsatz eindrehen, den Mitnehmerzapfen an der Kerbe abbrechen.¹⁷

Gewindeeinsatz: eine silberne Drahtspirale mit rautenförmigem Querschnitt — **Gewindeeinsatz aus Draht**Ein Einsatz für M14×1,25, wie er zur Reparatur ausgerissener oder abgenutzter Gewinde dient.Foto: cav, gemeinfrei, über Wikimedia Commons

Größer bohren

Kernlochbohrer fürs Aufnahmegewinde

Gewinde	Normal	Für Einsatz (EG)
M4	3,3 mm	4,2 mm
M5	4,2 mm	5,25 mm
M6	5,0 mm	6,3 mm
M8	6,8 mm	8,4 mm
M10	8,5 mm	10,5 mm
M12	10,2 mm	12,5 mm

Werte: Hartner, Spalte „EG-Gewinde für Gewindedrahteinsätze DIN 8140“.² Reyher nennt für M5 5,2 statt 5,25 mm.¹⁷

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