Dehnschraube

Einfache Dehnschraube

Eine Dehnschraube ist eine Schraube, die im Betrieb auftretende, zeitlich wechselnde Kraft- und Längenänderungen durch elastische Dehnung ihres Schafts aufnehmen kann.

Zur Aufnahme von mehr Verformungsarbeit ist der Schaft (zylindrischer Teil ohne Gewinde) länger als bei einer „Starrschraube“ (Standardschraube). Er ist aber dünner als das Gewinde (Kerndurchmesser), damit nicht dieses das schwache Element der Schraube ist (Kerbwirkung im Gewinde).

Die Dehnschraube wirkt im Vergleich zur Standardschraube deutlich wie eine Zugfeder. Sie wird beim Einbau kontrolliert elastisch vorgedehnt. Trotz wechselnder Dehnung im Betrieb bleibt ihr axialer Kraftschluss mit den zu verbindenden Bauteilen immer erhalten. Sie muss nicht gegen Losdrehen gesichert werden.

Häufig vorkommende Dehnschrauben sind die Zylinderkopf-Schrauben in Verbrennungsmotoren. Beim Kaltstart und im Dauerbetrieb haben alle Teile eine unterschiedlichen Wärmeausdehnung. Dehnschrauben ermöglichen einen weniger unterschiedlichen Druck in der Zylinderkopfdichtung, der vor allem durch die hohe Ausdehnung des aus Aluminium bestehenden Zylinderkopfs bei Verwendung von “starren” Standardschrauben entstehen würde.

Anwendungs-Praxis

Beim Entwurf einer Verbindung mit Dehnschraube steht dem Konstrukteur das Rötscher-Diagramm zur Verfügung. In ihm wird die axiale Kraft als Funktion der Dehnungen der beteiligten Bauteile (Schraubenschaft, „Ersatz“-Hülse für das den Schaft umschließende Bauteil, eventuell im Verband enthaltene andere Hülsen) aufgetragen. Es zeigt anschaulich die Funktion der Verschraubung und ihrer in Erwägung gezogenen Varianten.

Die gewünschte Vorspannung verlangt eine sorgfältig kontrollierte Montage. Die Zylinderkopfschrauben an VW Golf III 1,6l-Benzin-Motor werden zum Beispiel in vier Stufen mit definierten Drehmomenten und Drehungen montiert:
1. Stufe 40 Nm
2. Stufe 60 Nm
3. Stufe +90° (1/4 Umdrehung)
4. Stufe +90° (1/4 Umdrehung)

Bei sehr großen Motoren und anderen großen Maschinen werden Montagevorrichtungen verwendet, mit denen es möglich ist, die Schrauben während des Einbaus mechanisch gedehnt zu halten. Eine andere Möglichkeit ist, die Schrauben durch starke Erwärmung verlängert einzubauen. Sie werden in beiden Fällen nur bis zum Anschlag eingedreht. Die Vorspannung stellt sich nach Entfernen der Vorrichtung beziehungsweise nach Erkalten der Schrauben ein.

Oft sind Dehnschrauben bis zur möglichen Materialgrenze ausgelegt, so dass zunächst Spannungsspitzen an den Schaftenden (Gewinde, Kopf) im plastischen Bereich entstehen und beim ersten Betrieb durch Verformung abgebaut werden. Diese Schrauben sollten bei Reparaturen gegen neue ausgetauscht und nicht wieder montiert werden.

Weblinks

• Warum Dehnschrauben? Artikel über die Einsatzbereiche von Dehnschrauben (speziell DIN 2510)
• Zwei Dehnschrauben mit Passzylinder unter Kopf
  
• Rötscher-Diagramme für Standard- und Dehnschraube