Schrauben - Die Kunst des Anziehens | SELBER MACHEN Heimwerkermagazin
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Schrauben - Die Kunst des Anziehens

Kein Heimwerken, kein Autobau, keine Weltraumfahrt ohne die gute alte Schraube. Die Gewinde mit Köpfchen können mehr, als nur Werkteile aneinander zwingen. Mit der intelligenten Schraube treibt der Mensch die technische Evolution zum Höhepunkt.

 
Bohrer © Selbermachen
Bohrer

Von Sensation zu sprechen hieße untertreiben. Wenigstens eine Revolution, wahrscheinlich sogar ein Paradigmenwechsel stand unmittelbar bevor. Im April 2005 schienen Heimwerker, Holz verarbeitendes und Baugewerbe Kopf zu stehen: Die neue Spax kommt! Mit Multikopf, reduzierter Durchdrehneigung, mehr Wellenprofil und 20 Prozent höherer Einschraubgeschwindigkeit. Außerdem: Fourcut-Spitze gegen spleißendes Holz! Tusch!

Es gibt Menschen, die nicht wissen, was eine Spax ist. Für diese Bedauernswerten, für all die Leute mit zwei linken Händen und jene, die nicht mal eine defekte Glühbirne ersetzen können, sei erklärt: Die Spanplattenschraube mit Kreuzschlitz („x“) ist der Inbegriff der modernen Holzschraube. Vor rund 40 Jahren, als alle Welt noch knubbelige Schlitzschrauben ins Holz würgte, wurde bei Altenloh, Brinck & Co. („ABC“) in Ennepetal-Milspe die Schraube erfunden, die den modernen Schnellbau in Holz erst möglich machte. Kein lästiges Vorbohren mehr – die Spax schneidet sich ihren Weg durchs Holz selbst. Steile Gewindegänge – das Schrauben geht schneller. Und dank Kreuzschlitz rutschen kaum mehr Schraubendreher ab. Heute ist Spax, milliardenfach kopiert, zum Gattungsbegriff aufgestiegen wie Tempo, Tesa oder Maggi.

Wer glaubt, 2250 Jahre nach der Erfindung der Archimedischen Schraube durch den gleichnamigen griechischen Mathematiker (der nicht ans Befestigen, sondern an Wasserbeförderung dachte) hätte es sich ausgeschraubt, der irrt. Geschraubt wird heute alles, was nicht niet- und nagelfest ist. Schraubenwinzlinge von einem halben Millimeter Durchmesser halten Uhrwerke zusammen. Mannshohe, armdicke Schrauben fixieren Fotovoltaikanlagen im Erdreich. Selbst Windräder wurden mit solchen Monsterschrauben im Acker verschraubt.

Und weil es keine zuverlässigere Verbindung gibt, die sich zugleich so problemlos wieder lösen lässt, gilt die Schraube sogar als ökologisch wertvoll. So gern auch im Handy und im Auto geklebt und geklipst wird – in Zeiten der Altautorichtlinie und der Elektroschrottverordnung ist die Schraubverbindung aktuell wie eh und je. Dabei geht es nicht nur um die M8-Normschraube oder die gemeine Spax. Wer auch nur einen flüchtigen Blick in die weitgehend mittelständisch organisierte deutsche Schraubenbranche wirft, entdeckt: Was hierzulande aus den Pressen fällt, ist feinste High-Tech, Sahnestücke der Schraubenentwicklung. Medizinschrauben. Weltraumschrauben. Leichtbauschrauben. Nichtmetallschrauben. Kurz: Sonderschrauben.

Hinter dem Bahnhof in Neuss brach 1936 die Schrauben-Revolution aus

Neuss bei Düsseldorf, Bahnhofsrückseite. An einer gammeligen Häuserfront entdeckt man eine riesige Nachkriegsreklame für „Inbus“- Schrauben. Die waren 1936 wegen des sicheren, hohe Kräfte übertragenden „Innenangriffs“ mittels Inbusschlüssel auch schon mal revolutionär. Nebenan steht die große Neusser Schraubenfabrik, die sich im Produktnamen verewigte, denn Inbus kommt von „Innensechskant Bauer und Schaurte“ (und heißt darum keinesfalls „Imbus“, wie Halbgebildete allzu oft glauben). Die Firma nennt sich zwar heute Acument Global Technologies, weil sie mittlerweile dem amerikanischen Finanzinvestor Platinum Equity gehört. Doch trotz einer sehr wechselhaften Firmengeschichte trifft man hier immer noch Leute, die stolz sind auf die Firmentradition seit 1876, auf ihr Know-how. Und natürlich auf ihre Schrauben.

So einer ist der Ingenieur Josef Esser, auf dessen Grabstein dereinst stehen wird: „Ein Leben für die Schraube“. Er ist in dem Betrieb Chefentwickler. Und Mitglied im Schraubenverband. Obmann im Normenausschuss Verbindungselemente, Abteilung „Schrauben mit klebenden und klemmenden Beschichtungen“. Außerdem Mitautor des Standardwerks „Schrauben Vademecum“.

Eine Werksführung mit Esser ist ein Abenteuer. Da erlebt man die archaisch anmutende Technik der Kaltumformung. Kleine Abschnitte von großen Drahtrollen werden in leistungsstarken Pressen unter unvorstellbarem Druck schrittweise gestaucht und verformt, bis sie Köpfe haben, runde oder sechskantige, eventuell auch Taillen und Bäuche. Und schließlich wird den so genannten Nägeln ein passendes Gewinde aufgedrückt. Schrauben bis zur Normgröße M30 kann man so herstellen. Größere oder stark zu stauchende Schrauben werden „warm“ –was eigentlich sehr heiß bedeutet – umgeformt. Im Prinzip kann das, was Bauer und Schaurte/ Acument machen, jede Klitsche. Der Teufel steckt im Detail, und hier beginnt wahres Spezialistentum: Jede brutale Umformung von Stahl (oder Aluminium) verändert das Gefüge und die Eigenschaften des Bauteils. Schrauben werden vielleicht härter, dafür weniger elastisch, können spröde werden oder zu weiche Gewinde haben. Wichtige Kunden aber, wie die Automobilindustrie, verlangen hervorragende und auch bei Massenproduktion absolut gleichbleibende Materialeigenschaften.

Damit Autos nicht liegenbleiben, braucht es Schrauben, die ein Autoleben lang ohne Biegen und Brechen halten, die sich niemals lockern oder gar verlorengehen. Und das sommers wie winters, ob der Motor glüht oder ein Eisblock ist und selbst wenn – die schrecklichste Herausforderung – die Schraube dynamisch, also durch Schwingungen belastet wird. Man denke an Pleueloder Zylinderkopfschrauben. Und darum sitzen in Neuss abstrakt denkende Mitarbeiter an Computern und spielen mittels der „Finite Elemente Methode“, mit der auch Autobauer ihre Crashtests simulieren, das Geschehen in den Pressen durch. Um die Materialstrapazen besser zu verteilen.

Die Qualität der fertigen Schraube erweist sich schließlich bei der Montage und im Einsatz. Allein zum Thema „Kunst des Anziehens“ könnte Josef Esser stundenlang und ohne Verbreitung von Langeweile dozieren. Das Anziehen der Schraube oder Mutter von Hand mit einem Schraubschlüssel ist die verbindungstechnische Todsünde: Selbst der geübte Monteur irrt sich beim Anzugsdrehmoment leicht um den Faktor 10. Unzureichend ist auch der notorische Drehmomentschlüssel, an dem man angeblich die Vorspannkraft abliest.

In Wahrheit mischt allerlei Reibung im Gewinde und am Schraubenkopf mit. Wer eine Schraube wirklich optimal anknallen möchte (und der Industriekunde möchte, weil er die kleinstmöglichen, leichtesten Schrauben, so gut es geht, ausnutzen will), geht auf eine scheinbar hemdsärmelige Weise vor: Vorspannen bis zum Anschlag; dann in einer Tabelle nachsehen und die Schraube oder Mutter um den Drehwinkel X weiterdrehen. Dabei soll die Schraube ruhig ein wenig überdehnt werden, das erhöht die Dauerhaltbarkeit. Und wer den Übergang vom elastischen Bereich in den dauerhaft verformten, den plastischen Bereich mehrmals wiederholt, verpasst dem Stahl sogar eine Art Turnstunde.

„Man kann damit die Streckgrenze hochtrainieren“, sagt Esser über den bemerkenswerten Vorgang. Siegen, gut 130 km südöstlich. Ebenfalls mitten in der Stadt, und auch schon seit jeher, residiert die Fuchs Schraubenwerk GmbH. In Südwestfalen, wo lange Zeit Eisenerz abgebaut wurde und Brennholz sowie Wasserkraft zur Verfügung standen, ist die Drahtindustrie heimisch und darum auch ein Zentrum der deutschen Schraubenherstellung entstanden. Bei Fuchs hat man das Gefühl, hier rümpfe man beim Wort Schraube beinahe die Nase, so weit hat man sich mental vom Ursprungsprodukt entfernt. Zwar lebt man noch von der Qualitätsschraube.

Doch vieles von dem, was hier entsteht, lässt sich nur mehr unter „kleine kaltgepresste Teile aus Metall“ subsummieren: Abschleppösen, Verstellnocken für Bremsen, seltsam geformte Gewindestangen und rätselhafte Hebel ganz ohne Gewinde machen einen immer größeren Geschäftsanteil aus. Zur Generalüberholung der Wuppertaler Schwebebahn produzierte Fuchs sogar für die fügetechnische Konkurrenz: Damit das Gerüst wie zu Kaisers Zeiten aussah, lieferten die Siegener die entsprechenden Traditionsnieten.

Besonders große Schrauben halten leider nicht besonders gut

Wer da noch mit der guten alten Schraube glänzen will, muss zumindest „intelligente Schrauben“ im Sortiment haben. Klingt gut und ist nicht nur falsch. Als intelligent gelten zum Beispiel Schrauben, die mit einer Antikorrosionsschicht versehen sind und kleinere Verletzungen dieser Schicht selbsttätig reparieren können. Oder Schrauben, die aus bereits im Stahlwerk vorvergüteten, also besonders harten Stählen gepresst werden.

Die brauchen keine Nachbehandlung mehr – dafür allerdings äußerst robustes Produktionswerkzeug und höchste Pressdrücke. Intelligenz bei den Fuchs-Entwicklern erfordern auch die neuen und gewaltigen Offshore- Windräder. Ungetüme, die größtenteils aus Stahl und Schrauben bestehen. Leider ist die Vermutung falsch, dass besonders große Schrauben auch besonders gut halten. Denn die bei Wind und Wetter dynamisch hochbelasteten Schrauben haben ein Problem: Nach den Erkenntnissen der Rissforschung finden sich „Risskeime“ in jedem Stahl. Und je größer eine Schraube, um so mehr Risskeime sind statistisch zu erwarten.

Ein Schraubenversagen unter Hochseebedingungen aber wäre möglicherweise fatal. Eine Risikoverteilung erscheint da günstiger. Derzeit arbeiten zahlreiche Ingenieure konkurrierender Firmen und Forscher, unter anderem an der Uni Hannover, einträchtig Hand in Hand an einer geeigneten Norm für Windradschrauben. Immerhin bedeutet Windkraft für die Branche ein gutes Geschäft.

Der größte Durchzug allerdings herrscht derzeit bei den Leichtbauern. Leichte bis ultraleichte Schrauben verlangt vor allem die Automobilindustrie, Hauptabnehmer der deutschen Schraubenhersteller und treibende Kraft bei Forschung und Entwicklung. So hat BMW seinen neuen Sechs-Zylinder-Benzinmotor erstmals fast ganz aus Magnesiumlegierung gefertigt und konnte sensationelle 10 kg Gewicht einsparen. Nur die Zylinderlaufbuchsen bestehen noch aus Aluminium. Weil Stahlschrauben in Leichtmetallen aber zu Kontaktkorrosion führen und sich bei Erwärmung nur etwa halb so stark ausdehnen wie das Umgebungsmaterial, brauchte BMW hochfeste Aluschrauben. Die kann man zwar auf den vorhandenen Maschinen herstellen, doch Berechnung und Auslegung stellen eine beachtliche Herausforderung dar.

Der Gipfel innovativer Schraubentechnik betrifft aber die nichtmetallischen Schrauben. Hier ist besonders an Kunststoffe zu denken. Dass mittlerweile auch die ultraleichten „Composites“ (Verbundwerkstoffe) in einer Qualität hergestellt werden können, die an den Einsatz in hochbelasteten Schraubverbindungen denken lassen, verdankt die Welt dem Schweizer Spezialisten Icotec. Die Firma bietet – zunächst für medizinische Implantate wie Schrauben, Platten oder Nägel – einen Kunststoff an, der gewebeverträglich ist und weder korrodiert noch bricht.

Mit dem an der ETH Zürich entwickelten CMFVerfahren (Composite Flow Moulding) kann man solche festen, endlosfaserverstärkten Kunststoffe herstellen. Sie sind warm veränderbar und in beliebige Form zu bringen. Der High-Tech-Kunststoff sorgt nicht nur bei Orthopäden und Zahnärzten für Aufregung. Auch ein Hersteller ultraleichter Edelfahrräder nutzt für sein Karbonfahrrad das Icotec-Material. Bei den Bremsbelägen, Getränkehalterungen und Schaltröllchen ist so manches Gramm einzusparen. Airbus prüft derzeit, ob der Werkstoff auch im Flugzeugbau taugt. Solche Kunststoffschrauben haben allerdings ihren Preis, und der liegt in der Nähe von hochwertigem Titan.

Auf einen günstigen Kunststoff mit Stahlqualitäten wird man noch eine Weile warten dürfen. Bis dahin bewegen das Herz des Schraubenfreundes andere Nachrichten. Etwa die von Acument, der amerikanischen Mutter des Neusser Inbus-Erfinders. Acument hält das Patent auf die bei Heim- und Handwerkern ungemein beliebte Torx- Schraube (für Uneingeweihte: Die Torx ist die bislang höchste Evolutionsstufe der Schraube mit Innenangriff. Statt über Innensechskant oder Kreuzschlitz wird die Kraft über einen Innenstern weitergereicht, der mehr Kontaktfläche und einen günstigeren Angriffswinkel zwischen Schlüssel und Schraube bietet.). Die frohe Botschaft für die Freunde des Schraubens: Jetzt gibt es Torx plus! Noch sichererer Sitz des Schlüssels. Noch bessere Kraftübertragung. Noch weniger Ermüdung des Schraubenden. Und durch Reduzierung der Axialkräfte ein noch längeres Leben von Schraube und Werkzeug. Tusch!

Mehr Grip mit modernem Antrieb

Verschiedene Schrauben© SelbermachenDie Evolution der Schraubenantriebe macht das Schrauben immer schneller.

1 Die klassische Schlitzschraube wird heute nur noch im dekorativen Bereich, zum Beispiel im Möbelbau, verwendet.

2 Den einfachen Kreuzschlitz, Philips-Antrieb genannt, findet man meist bei Schrauben für Metallverbindungen. Der „Doppelschlitz“ bietet mehr Fläche, so dass der Schraubenzieher besser sitzt.

3 Noch mehr Flankenfläche hat der Pozidrive-Kreuzschlitz durch eine zusätzliche Kerbe in den Kreuzschlitzecken. Heute üblich bei Holzschrauben.

4 Der Inbus-Antrieb wird oft für Schrauben mit Feingewinde (zum Beispiel für Möbel) verwendet und bietet sechs große Flanken für den Inbus-Schlüssel, der nicht mehr abrutscht.

5 Noch bessere Kraftübertragung bietet der sternförmige Torx-Antrieb, der sich bei Holzschrauben immer mehr durchsetzt.

Artikel aus selber machen Ausgabe 08/2011. Jetzt abonnieren!
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