Die Wahl der richtigen Schraube entscheidet über Sicherheit und Zuverlässigkeit Ihrer Konstruktion. DIN EN ISO 898-1 definiert die mechanischen Eigenschaften von Schrauben, Bolzen und Gewindestangen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl. Diese Norm ist das Fundament für die sichere Auslegung von Schraubverbindungen im Maschinenbau.

Warum ist das wichtig? Eine falsch gewählte Festigkeitsklasse kann zu kostspieligen Ausfällen führen. Während eine 4.6er Schraube bei 400 N/mm² bricht, hält eine 12.9er Schraube das Dreifache aus. Gleichzeitig kostet die hochfeste Schraube aber auch deutlich mehr.

Grundlagen der DIN EN ISO 898-1

Die DIN EN ISO 898-1 ersetzt seit 2013 die alte DIN 267 und harmonisiert die Anforderungen europaweit. Sie gilt für Schrauben und Bolzen mit metrischem Regelgewinde von M1,6 bis M39 im Gewindedurchmesser.

Das Festigkeitsklassen-System verstehen

Das Kennzeichnungssystem besteht aus zwei Zahlen, getrennt durch einen Punkt:

Erste Zahl × 100 = Mindest-Zugfestigkeit in N/mm²
Zweite Zahl × 0,1 = Verhältnis Streckgrenze zu Zugfestigkeit

Übersicht der Festigkeitsklassen

Festigkeitsklasse	Zugfestigkeit Rm [N/mm²]	Streckgrenze Re [N/mm²]	Typische Anwendung
4.6	400	240	Blechschrauben, unkritische Verbindungen
5.6	500	300	Möbelbau, leichte Konstruktionen
6.8	600	480	Allgemeiner Maschinenbau
8.8	800	640	Standard im Maschinenbau
10.9	1000	900	Hochbelastete Verbindungen
12.9	1200	1080	Kritische Anwendungen, Luftfahrt

Festigkeitsklasse 4.6 und 5.6 – Die Einfachen

Diese niedrigen Festigkeitsklassen werden hauptsächlich bei unkritischen Verbindungen eingesetzt. Material ist meist unlegierter Kohlenstoffstahl ohne Wärmebehandlung.

Typische Einsatzgebiete:
– Blechverbindungen im Gehäusebau
– Möbelindustrie
– Verpackungsmaschinen (niedrig belastete Bereiche)

Festigkeitsklasse 6.8 – Der solide Standard

Die Klasse 6.8 bietet ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Kosten. Das Material wird meist vergütet (gehärtet und angelassen).

Vorteile:
– Deutlich höhere Streckgrenze als 5.6
– Moderate Kosten
– Gute Verfügbarkeit

Nachteile:
– Für hochbelastete Anwendungen zu schwach
– Begrenzte dynamische Festigkeit

Festigkeitsklasse 8.8 – Der Alleskönner

Die Festigkeitsklasse 8.8 ist der Arbeitspferd im Maschinenbau. Sie deckt etwa 70% aller Anwendungen ab und bietet das beste Preis-Leistungs-Verhältnis.

Material und Herstellung:
– Kohlenstoffstahl oder niedrig legierter Stahl
– Vergütet (gehärtet und angelassen)
– Härte: 22-32 HRC

Einsatzgebiete:
– Maschinenfundamente
– Flanschverbindungen
– Getriebebau
– Stahlbau (M12-M36)

Festigkeitsklasse 10.9 – Für besondere Anforderungen

Die Klasse 10.9 kommt zum Einsatz, wenn 8.8 nicht ausreicht, aber die Kosten von 12.9 gescheut werden.

Materialeigenschaften:
– Legierter Stahl (meist 35CrMo4 oder ähnlich)
– Vergütet auf 32-39 HRC
– Bessere Dauerfestigkeit als 8.8

Typische Anwendungen:
– Kurbelwellen-Befestigung
– Pleuelschrauben
– Hochdruckverbindungen
– Windkraftanlagen

Festigkeitsklasse 12.9 – Das Maximum

Die höchste genormte Festigkeitsklasse für Standardanwendungen. Hier wird jeder N/mm² teuer erkauft.

Eigenschaften:
– Legierter Stahl, oft 40Cr oder 41Cr4
– Gehärtet auf 39-44 HRC
– Sehr spröde, rissempfindlich

Einsatz nur wenn:
– Extremer Platzmangel
– Gewichtsreduktion kritisch
– Sehr hohe statische Lasten
– Luftfahrt- und Raumfahrtanwendungen

Mechanische Eigenschaften im Detail

Zugfestigkeit (Rm)

Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung, die eine Schraube vor dem Bruch aushält. Sie wird am glatten Probestab ermittelt, nicht an der fertigen Schraube.

Prüfverfahren nach ISO 898-1:
– Zugversuch bei Raumtemperatur (23°C ± 5°C)
– Prüfgeschwindigkeit: definiert je nach Durchmesser
– Mindestens 3 Proben pro Charge

Streckgrenze (Re)

Die Streckgrenze ist der praktisch wichtigere Wert, da hier die bleibende Verformung beginnt. Oberhalb dieses Wertes ist die Schraube dauerhaft beschädigt.

0,2%-Dehngrenze:
Die Streckgrenze wird als 0,2%-Dehngrenze definiert – der Punkt, wo die bleibende Dehnung 0,2% der Messlänge beträgt.

Bruchdehnung (A)

Die Bruchdehnung gibt an, um wie viel Prozent sich die Schraube bis zum Bruch dehnt. Höhere Werte bedeuten bessere Duktilität.

Festigkeitsklasse	Mindest-Bruchdehnung A [%]
4.6	22
5.6	20
6.8	12
8.8	12
10.9	9
12.9	8

Härteanforderungen und Prüfung

Oberflächenhärte

Die DIN EN ISO 898-1 definiert nicht nur die Zugfestigkeit, sondern auch die Oberflächenhärte. Diese korreliert mit der Festigkeitsklasse:

Festigkeitsklasse	Oberflächenhärte [HV]	Rockwell-Härte [HRC]
4.6	120-220	–
5.6	140-250	–
6.8	190-320	–
8.8	220-320	22-32
10.9	320-380	32-39
12.9	380-440	39-44

Kernhärte-Anforderungen

Bei Durchmessern über M16 wird auch die Kernhärte geprüft. Sie darf maximal 30 HV unter der Oberflächenhärte liegen.

Praktische Anwendung und Auslegung

Berechnung der Tragfähigkeit

Für die Auslegung von Schraubverbindungen ist der Spannungsquerschnitt (As) entscheidend:

As = π/4 × (d2 + d3)²/4

Wobei:
– d2 = Flankendurchmesser
– d3 = Kerndurchmesser

Gewinde	Spannungsquerschnitt As [mm²]
M6	20,1
M8	36,6
M10	58,0
M12	84,3
M16	157
M20	245
M24	353

Anzugsdrehmoment bestimmen

Das korrekte Anzugsdrehmoment ist entscheidend für die Funktion der Schraubverbindung:

MA = k × d × FV

Wobei:
– MA = Anzugsdrehmoment [Nm]
– k = Anziehfaktor (0,16-0,20 für normale Bedingungen)
– d = Nenndurchmesser [mm]
– FV = Vorspannkraft [N]

Temperatureinfluss

Die mechanischen Eigenschaften ändern sich mit der Temperatur erheblich:

Temperatur	Zugfestigkeit (relativ)	Streckgrenze (relativ)
20°C	100%	100%
100°C	95%	90%
200°C	85%	75%
300°C	70%	60%
400°C	50%	40%

Korrosionsschutz und Oberflächenbehandlung

Verzinkung und Festigkeitsverlust

Galvanische Verzinkung ist der Standardschutz für Schrauben, reduziert aber die wirksame Festigkeit:

Wasserstoffversprödung:
Beim Verzinkungsprozess dringt Wasserstoff in den Stahl ein und macht ihn spröde. Der Festigkeitsverlust beträgt:

• Festigkeitsklassen ≤ 8.8: 10-15%
• Festigkeitsklassen ≥ 10.9: 20-30%

Alternative Oberflächenbehandlungen

• Geomet/Dacromet: Zink-Aluminium-Beschichtung ohne Wasserstoffversprödung
• Passivierung: Für austenitische Edelstahlschrauben
• Phosphatierung + Öl: Temporärer Schutz für Lagerhaltung

Qualitätssicherung und Prüfung

Wareneingangsprüfung

Eine sinnvolle Wareneingangsprüfung umfasst:

1. Sichtprüfung: Risse, Oberflächenfehler, Kennzeichnung
2. Härtemessung: Stichprobenartig mit mobilem Härteprüfgerät
3. Maßprüfung: Gewinde, Kopfabmessungen
4. Bruchprüfung: Bei kritischen Anwendungen

Typische Mängel und deren Ursachen

Mangel	Mögliche Ursache	Auswirkung
Zu weich	Ungenügende Härtung	Vorzeitiges Versagen
Zu hart	Überhärtet	Spröder Bruch
Risse im Gewinde	Kaltverformung nach Härtung	Dauerbruch
Verzug	Ungleichmäßige Abkühlung	Passprobleme

Sonderwerkstoffe und Alternativen

Edelstahlschrauben nach ISO 3506

Für korrosive Umgebungen kommen Edelstahlschrauben zum Einsatz:

• A2-70: Entspricht etwa 8.8, aber korrosionsbeständig
• A4-80: Entspricht etwa 10.9, seewasserbeständig

Titan-Schrauben

In der Luft- und Raumfahrt sowie im Rennsport:
– Sehr hohe spezifische Festigkeit
– Korrosionsbeständig
– 10x teurer als Stahl

Häufige Fehler bei der Schraubenauswahl

Überdimensionierung

Der häufigste Fehler ist die Wahl zu hochfester Schrauben:

Falsche Festigkeitsklassen-Kombination

Niemals verschiedene Festigkeitsklassen in einer Verbindung mischen. Die schwächsten Schrauben versagen zuerst und belasten die anderen.

Ignorieren der Dauerfestigkeit

Die statische Festigkeit sagt nichts über das Verhalten bei wechselnden Lasten aus. Hier ist oft 8.8 besser als 12.9.

Normkonformität und Zertifizierung

CE-Kennzeichnung

Schrauben für sicherheitsrelevante Anwendungen (z.B. Maschinenbau) benötigen oft eine CE-Kennzeichnung nach:
– Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
– Bauproduktenverordnung (für Stahlbau)

Werkszeugnisse nach DIN EN 10204

Je nach Kritikalität sind verschiedene Prüfbescheinigungen erforderlich:
– 2.1: Werkszeugnis (einfache Bestätigung)
– 3.1: Abnahmeprüfzeugnis mit Herstellerprüfung
– 3.2: Abnahmeprüfzeugnis mit neutraler Prüfung

FAQ – Häufig gestellte Fragen

Kann ich eine 10.9er Schraube durch eine 8.8er ersetzen?

Grundsätzlich nein. Die 8.8er Schraube hat nur 64% der Festigkeit einer 10.9er Schraube. Sie müssten die Verbindung neu berechnen und eventuell den Durchmesser vergrößern. Eine Ausnahme sind überdimensionierte Verbindungen, wo auch 8.8 ausreicht.

Warum brechen hochfeste Schrauben beim Anziehen?

Hochfeste Schrauben (10.9, 12.9) haben eine geringe Bruchdehnung und verzeihen Überdrehen nicht. Bereits 10% zu hoher Anzug kann zum Bruch führen. Verwenden Sie immer einen kalibrierten Drehmomentschlüssel und beachten Sie die Reibwerte (trocken, geölt, verzinkt).

Sind teurere Schrauben automatisch besser?

Nein. Die richtige Festigkeitsklasse ist entscheidend. Eine überdimensionierte 12.9er Schraube in einer 8.8-Anwendung bringt keinen Vorteil, kostet aber das Dreifache und ist bruchanfälliger. Wählen Sie immer bedarfsgerecht.

Wie erkenne ich die Festigkeitsklasse an der Schraube?

Die Festigkeitsklasse ist auf dem Schraubenkopf eingeprägt: „8.8“, „10.9“ usw. Bei kleinen Schrauben unter M5 fehlt oft die Kennzeichnung. Dann hilft nur die Dokumentation des Lieferanten oder eine Härtemessung.

Kann ich verzinkte Schrauben höher anziehen als blanke?

Im Gegenteil. Verzinkte Schrauben haben durch Wasserstoffversprödung eine reduzierte Festigkeit und einen anderen Reibwert. Das Anzugsdrehmoment muss meist reduziert werden. Beachten Sie die Herstellerangaben.

Was passiert bei Temperaturen über 200°C?

Über 200°C verliert Stahl schnell an Festigkeit. Bei 400°C sind nur noch etwa 50% der Raumtemperaturfestigkeit vorhanden. Für höhere Temperaturen benötigen Sie Sonderwerkstoffe wie Inconel oder keramische Verbindungselemente.

Zusammenfassung und Empfehlungen

Die DIN EN ISO 898-1 ist die Grundlage für sichere Schraubverbindungen. Die Wahl der richtigen Festigkeitsklasse entscheidet über Funktionssicherheit, Lebensdauer und Kosten.

Praxisempfehlungen:
1. Standard-Anwendungen: Festigkeitsklasse 8.8 deckt 70% aller Fälle ab
2. Kostenoptimierung: Nicht überdimensionieren – jede Stufe höher kostet deutlich mehr
3. Korrosionsschutz: Bei Verzinkung Festigkeitsverlust einplanen
4. Qualitätskontrolle: Wareneingangsprüfung bei sicherheitsrelevanten Anwendungen
5. Temperatur beachten: Über 200°C drastischer Festigkeitsverlust

Die korrekte Anwendung der Norm spart Kosten, verhindert Ausfälle und gewährleistet die Produktsicherheit. Investieren Sie Zeit in die richtige Auslegung – es zahlt sich aus.

---