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202623.10.

JIS-Schrauben 8.8, 10.9, 12.9: Festigkeit und Anziehdrehmoment

Zeichnungen & NormenAktualisiert am 23.10.202631 Min. Lesezeit

Eine Maschine aus Japan kommt mit einer Zusammenbauzeichnung, auf der für Schrauben M10 強度区分 12.9 und ein Anziehdrehmoment in N·m stehen. Ihr Team arbeitet mit Anziehdrehmomenten nach VDI 2230 und mit Reibungszahlen µ, und sofort stehen drei Fragen im Raum: Ist eine japanische 10.9 dasselbe wie eine 10.9 nach DIN EN ISO 898-1? Warum liegt der japanische Wert deutlich unter unserer Tabelle? Und warum passt bei manchen Sechskantschrauben M10 der 17er-Schlüssel statt des 16er?

Dieser Leitfaden richtet sich an Ingenieure, Instandhalter und Einkäufer, die mit japanischen Zeichnungen, Anlagen und Lieferanten arbeiten. Er erklärt, wie die Festigkeitsklassen 8.8, 10.9 und 12.9 nach JIS B 1051 zu lesen sind, welche Muttern dazugehören und wie japanische Drehmomenttabellen berechnet werden, auch im Vergleich zu VDI 2230. Die Kurzfassung zum Drehmoment: Es gilt der Wert, den Konstrukteur oder Maschinenhersteller vorgeben. Eine Tabelle ist nur eine Rechnung unter bestimmten Annahmen; ändern sich Schmierung oder Oberfläche, ergibt dasselbe Drehmoment eine ganz andere Vorspannkraft.

Inhalt
  1. Das Wichtigste auf einen Blick
  2. So lesen Sie 8.8, 10.9 und 12.9
  3. 8.8, 10.9 und 12.9 im Vergleich
  4. „JIS-Schraube“: Schlüsselweiten wie bei der alten DIN 931/933
  5. Die passende Mutter zur Festigkeitsklasse
  6. Anziehdrehmoment und Vorspannkraft
  7. Wie japanische Drehmomenttabellen berechnet werden
  8. Drehmoment-, Drehwinkel- und streckgrenzgesteuertes Anziehen nach JIS B 1083
  9. Warum sich Schrauben trotz korrektem Drehmoment lösen
  10. Warum Schrauben brechen: Überlastung beim Anziehen, Ermüdung, verzögerter Bruch
  11. Checkliste vor dem Anziehen
  12. Grenzen dieses Leitfadens
  13. FAQ

Das Wichtigste auf einen Blick

Die folgende Übersicht beantwortet die häufigsten Fragen in Kurzform. Die Details folgen in den einzelnen Abschnitten.

FrageKurze Antwort
Was bedeutet 10.9?Nennzugfestigkeit 1000 N/mm² (10 × 100), Streckgrenzenverhältnis 0,9, also Nenn-Streckgrenze 900 N/mm²
Ist eine JIS-10.9 etwas anderes als eine 10.9 nach DIN EN ISO 898-1?Nein. JIS B 1051:2014 ist die identische japanische Übernahme von ISO 898-1:2013. Festigkeitsklassen und Kennwerte sind gleich
Welche Mutter?Festigkeitsklasse 8 bis Schraube 8.8, Klasse 10 bis 10.9, Klasse 12 bis 12.9. Eine höhere Mutternklasse ist zulässig, eine niedrigere nicht
Welches Drehmoment?Den Wert auf der Zeichnung, in der Herstellerdokumentation oder in Ihrer Werksnorm. Tabellen nur als Anhaltswert und nur, wenn deren Annahmen zu Ihren Bedingungen passen
Warum liegen japanische Tabellenwerte unter einer VDI-2230-Tabelle?Die Tabellen von MISUMI und Yura Sansyo zielen auf die Mitte eines Vorspannkraftbereichs, dessen Obergrenze 70 % der Kraft an der Mindest-Dehngrenze ist. Die Würth-Tabelle nach VDI 2230 nennt das Drehmoment für 90 % Ausnutzung der Streckgrenze durch die Vergleichsspannung aus Zug und Torsion
Warum Schlüsselweite 17 an M10?Japanische „JIS-Ausführungen“ haben teils noch die alten Schlüsselweiten, wie sie aus DIN 931/933 bekannt sind (M10: 17 statt 16 mm nach ISO 4014/4017)
Ist 12.9 immer die sicherere Wahl?Nein. Die Verformungsfähigkeit ist geringer, und JIS B 1051 fordert wegen der Gefahr der Wasserstoffversprödung ausdrücklich Vorsicht beim Einsatz von 12.9

So lesen Sie 8.8, 10.9 und 12.9

Auf japanischen Zeichnungen und Stücklisten steht die Festigkeitsklasse als 強度区分 (kyōdo kubun). Die Kennzeichnung ist in JIS B 1051:2014 festgelegt, die ISO 898-1:2013 entspricht und damit inhaltlich der DIN EN ISO 898-1. Sie beschreibt die mechanischen Eigenschaften von Schrauben aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl mit zwei Zahlen:

  • Zahl vor dem Punkt: Nennzugfestigkeit in N/mm² (MPa), geteilt durch 100.
  • Zahl nach dem Punkt: Verhältnis von Nenn-Streckgrenze zu Nennzugfestigkeit, mal 10.

Multipliziert man die Nennzugfestigkeit mit diesem Verhältnis, erhält man den Richtwert für die Spannung, ab der die Schraube merklich bleibend gedehnt wird. Abbildung 1 zeigt das am Beispiel 10.9.

Abbildung 1: So lesen Sie die Festigkeitsklasse 10.9

Die beiden Zahlen links und rechts vom Punkt ergeben Nennzugfestigkeit und Nenn-Streckgrenze.

Festigkeitsklasse 10.9Auf dem Kopf fehlt der Punkt manchmal, dann steht dort „109“
Beide Seiten des Punkts getrennt lesen
Linke Zahl „10“1/100 der Nennzugfestigkeit: 10 × 100 = 1000 N/mm². Nennwert der Spannung, bei der die Schraube unter Zug bricht
Rechte Zahl „9“Streckgrenzenverhältnis × 10, das Verhältnis ist also 0,9: 1000 × 0,9 = 900 N/mm² Nenn-Dehngrenze (Spannung, die 0,2 % bleibende Dehnung hinterlässt)
Genauso gelesen: 8.8 bedeutet 800 N/mm² und 800 × 0,8 = 640 N/mm², 12.9 bedeutet 1200 N/mm² und 1200 × 0,9 = 1080 N/mm².

1 MPa = 1 N/mm². Die Nennwerte kennzeichnen die Klasse; sie sind nicht immer identisch mit den Mindestwerten, die die Norm garantiert (siehe nächster Abschnitt).

Bei 8.8 beträgt die Nennzugfestigkeit 800 N/mm² und das Streckgrenzenverhältnis 0,8. Daraus ergeben sich 800 × 0,8 = 640 N/mm² als nominelle 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2, also die Spannung, die 0,2 % bleibende Dehnung hinterlässt.

Die Klasse steht auch auf dem Teil. JIS B 1051:2014 verlangt für Sechskantschrauben und Zylinderschrauben mit Innensechskant ab 5 mm Nenndurchmesser in allen Festigkeitsklassen das Herstellerzeichen und die Festigkeitsklasse. Die Angabe „8.8“, „10.9“ oder „12.9“ auf dem Kopf geht auf diese Regel zurück, genau wie bei Schrauben nach DIN EN ISO 898-1.

Das System gilt nur für Schrauben aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl. Schrauben aus nichtrostendem Stahl regelt JIS B 1054-1:2013 (entspricht ISO 3506-1:2009) mit einer eigenen Bezeichnung wie A2-70: Stahlsorte A2 plus Festigkeitsklasse 70, also Mindestzugfestigkeit 700 N/mm² geteilt durch 10. Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit hängen von der Stahlsorte ab, deshalb lassen sich die Werte für Stahlschrauben nicht auf Edelstahlschrauben übertragen.

8.8, 10.9 und 12.9 im Vergleich

Zylinderschrauben, Sechskantschrauben und Muttern auf einer Werkbank

JIS B 1051 und ISO 898-1 kennen neun Festigkeitsklassen: 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9 und 12.9. In Maschinen und Anlagen kommen vor allem 8.8, 10.9 und 12.9 vor; deren geforderte mechanische Eigenschaften zeigt Abbildung 2.

Abbildung 2: Mechanische Eigenschaften nach Festigkeitsklasse (JIS B 1051:2014 / ISO 898-1:2013)

Zugfestigkeit, Dehngrenze und Prüfspannung steigen mit der Klasse, die Bruchdehnung sinkt.

8.8
(d ≤ 16 mm)
8.8
(d > 16 mm)
10.9
12.9
Nennzugfestigkeit
800
800
1000
1200
Mindestzugfestigkeit
800
830
1040
1220
0,2-%-Dehngrenze (nominell)
640
640
900
1080
0,2-%-Dehngrenze (Mindestwert)
640
660
940
1100
Prüfspannung
580
600
830
970
Vickershärte HV
250–320
255–335
320–380
385–435
Bruchdehnung (min.)
12 %
12 %
9 %
8 %

Spannungen in N/mm² (= MPa), d = Gewinde-Nenndurchmesser. Werte aus Tabelle 3 der JIS B 1051:2014, abgeglichen mit der Spezifikationstabelle von Nippon Fastener und dem Schraubenhandbuch von Yura Sansyo. Bruchdehnung an abgedrehten Proben. Prüfspannung: Spannung im Prüfkraftversuch, nach dem Entlasten darf keine bleibende Dehnung zurückbleiben.

Beachten Sie, dass der aus der Klasse berechnete Nennwert und der von der Norm garantierte Mindestwert nicht immer übereinstimmen. Bei 10.9 beträgt die nominelle Dehngrenze 900 N/mm², der Mindestwert aber 940 N/mm². Bei 12.9 sind es 1080 N/mm² nominell gegenüber 1100 N/mm² Mindestwert, und Drehmomentberechnungen verwenden den Mindestwert.

Am unteren Ende hat die Klasse 4.8 eine Nennzugfestigkeit von 400 N/mm² (Mindestwert 420 N/mm²). Ab 8.8 fordert die Norm vergüteten Kohlenstoffstahl oder legierten Stahl; die Festigkeit kommt also aus der Wärmebehandlung.

12.9 ist deshalb nicht automatisch die sichere Wahl. Wie die Tabelle zeigt, sinkt mit steigender Festigkeit die Mindestbruchdehnung, die Schraube ist also weniger verformungsfähig. JIS B 1051:2014 schreibt außerdem ausdrücklich, dass beim Einsatz von 12.9 Vorsicht geboten ist, und zwar wegen des verzögerten Bruchs (plötzliches Sprödversagen einige Zeit nach dem Anziehen), der weiter unten behandelt wird. Wählen Sie die Klasse nach der erforderlichen Vorspannkraft, der Festigkeit der verspannten Teile und den Einsatzbedingungen, nicht nach dem Grundsatz „fester ist sicherer“.

„JIS-Schraube“: Schlüsselweiten wie bei der alten DIN 931/933

Bei der Festigkeitsklasse sind JIS und ISO gleich, beim Sechskantkopf nicht unbedingt. Die japanische Norm für Sechskantschrauben, JIS B 1180:2014, beruht auf ISO 4014 bis ISO 4018 und verwandten ISO-Normen. Sie enthält aber zusätzlich einen Anhang (Annex JA) für Sechskantschrauben, die nicht diesen ISO-Normen folgen, weil solche Schrauben in Japan weiterhin hergestellt und verwendet werden.

Diese Nicht-ISO-Schrauben heißen in japanischen Katalogen oft „JIS-Ausführung“ (JIS 規格品, JIS kikakuhin) und haben die alten japanischen Kopfgrößen. In den Ausgaben 1994 und 2004 der JIS B 1180 nannte der Anhang Schlüsselweiten von 17 mm für M10, 19 mm für M12, 22 mm für M14 und 32 mm für M22. Das sind dieselben Werte wie in den zurückgezogenen Normen DIN 931 (Schaftschrauben) und DIN 933 (Gewinde bis Kopf), während deren Nachfolger ISO 4014 und ISO 4017 für diese Größen 16, 18, 21 und 34 mm vorsehen. Den Anhang selbst enthält auch die Ausgabe 2014; die Schlüsselweiten haben wir anhand der Ausgaben 1994 und 2004 geprüft.

Die folgende Tabelle stellt die vier abweichenden Größen nebeneinander. Für ein konkretes Ersatzteil sind die vereinbarte Normausgabe und die Zeichnung des Herstellers maßgeblich.

GewindeJIS-Ausführung (JIS B 1180, Anhang, Ausg. 1994/2004)DIN 931/933 (zurückgezogen)ISO 4014/4017 bzw. DIN EN ISO 4014/4017
M10SW 17SW 17SW 16
M12SW 19SW 19SW 18
M14SW 22SW 22SW 21
M22SW 32SW 32SW 34

Für deutsche Instandhalter ist die Situation also vertraut: Ältere japanische Anlagen und teils auch aktueller japanischer Lagerbestand brauchen an M10 den 17er-Schlüssel, eine ISO-Schraube den 16er. An der Festigkeitsklasse ändert das nichts, wohl aber an Ersatzteilen, Werkzeug und Freiraum um den Kopf. Auch die Kopfauflagefläche kann sich unterscheiden, deshalb sollten Sie Anziehdrehmoment und Bedingungen mit dem Konstrukteur oder Hersteller abstimmen. Steht in einer japanischen Stückliste nur „Sechskantschraube M10“, fragen Sie nach der vollständigen Produktnorm und ihrer Ausgabe, also ISO-Ausführung oder JIS-Ausführung, und prüfen Sie neben dem Kopf auch Gewindelänge und Auflagegeometrie.

Die passende Mutter zur Festigkeitsklasse

Eine hochfeste Schraube nützt nichts, wenn die Mutter zu schwach ist, denn dann versagt die Verbindung an der Mutter. Die Festigkeitsklassen für Muttern regelt JIS B 1052-2:2014 (übernimmt ISO 898-2:2012; in Deutschland als DIN EN ISO 898-2 eingeführt). Jede Mutternklasse trägt dieselbe Zahl wie die linke Zahl der höchsten Schraubenklasse, mit der sie gepaart werden darf:

  • Mutter Festigkeitsklasse 8: Schrauben bis 8.8
  • Mutter Festigkeitsklasse 10: Schrauben bis 10.9
  • Mutter Festigkeitsklasse 12: Schrauben bis 12.9

Die Norm erlaubt, eine Mutter niedrigerer Klasse durch eine höhere zu ersetzen. Eine Mutter der Klasse 10 auf einer 8.8-Schraube ist also in Ordnung, der umgekehrte Fall, etwa eine Mutter der Klasse 8 auf einer 10.9-Schraube, dagegen nicht.

Diese Zuordnung ist gewollt. Normale und hohe Muttern sind so ausgelegt, dass bei Überlastung beim Anziehen zuerst die Schraube bricht und nicht das Mutterngewinde abschert. Der Anhang der JIS B 1052-2:2014 begründet das damit, dass ein Bruch auf der Schraubenseite ein deutliches Zeichen gibt, dass beim Anziehen etwas schiefgelaufen ist.

Niedrige Muttern (低ナット, tei-natto; Festigkeitsklassen 04 und 05) sind die Ausnahme. Sie sind geringer belastbar und nicht darauf ausgelegt, ein Abstreifen des Gewindes zu verhindern. Wenn der Bauraum eine niedrige Mutter als tragende Mutter erzwingt, sprechen Sie mit dem Konstrukteur.

Anziehdrehmoment und Vorspannkraft

Beim Anziehen dehnt sich die Schraube etwas, und ihre Zugkraft presst die Teile zusammen. Diese Axialkraft ist die Vorspannkraft, auf Japanisch 軸力 (jikuryoku, wörtlich „Axialkraft“). Sie macht die Verbindung funktionsfähig, lässt sich in der Werkstatt aber kaum direkt messen, deshalb wird stattdessen das Anziehdrehmoment (締付トルク, shimetsuke torque) kontrolliert.

JIS B 1083:2008 (allgemeine Regeln für das Anziehen von Schraubenverbindungen) beschreibt den Zusammenhang zwischen Anziehdrehmoment T und Vorspannkraft F im elastischen Bereich mit dem Nenndurchmesser d und dem Drehmomentkoeffizienten K:

T = K × F × d

Wer mit VDI 2230 arbeitet, kennt stattdessen getrennte Reibungszahlen im Gewinde (µG) und unter dem Kopf (µK). K fasst beide Reibungsanteile und die Geometrie von Gewinde und Kopfauflage in einer Zahl zusammen. Aus der Würth-Tabelle nach VDI 2230 ergibt sich für M10, 10.9 bei µG = µK = 0,12 rechnerisch K = 71 N·m ÷ (43,4 kN × 10 mm) ≈ 0,164, also ein Wert nahe 0,17. Eine allgemeingültige Umrechnung zwischen K und µ gibt es aber nicht, weil sie von Gewindesteigung und Auflagedurchmesser abhängt.

Die Formel ist einfach, schwierig ist K. JIS B 1083 weist darauf hin, dass beim drehmomentgesteuerten Anziehen rund 90 % des Drehmoments durch Reibung im Gewinde und unter dem Kopf verbraucht werden. Nur der kleine Rest wird zu Vorspannkraft.

Eine kleine Änderung der Reibung führt daher bei gleichem Drehmoment zu einer großen Änderung der Vorspannkraft. Als Richtwerte nennt Yura Sansyo K = 0,17 für blanken Stahl geölt und 0,25 ungeschmiert, 0,24 für galvanisch verzinkte Schrauben und 0,45 für Edelstahl. MISUMI gibt für brünierte Stahlschrauben je nach Gegenwerkstoff 0,145–0,215 geölt und 0,25–0,55 trocken an. Beide Unternehmen bezeichnen diese Zahlen als Richtwerte.

Abbildung 3: Gleiches Drehmoment, unterschiedliche Vorspannkraft

Berechnete Vorspannkraft einer Schraube M10, Festigkeitsklasse 10.9, angezogen mit 55,6 N·m, nach F = T ÷ (K × d).

70 % Streckgrenzkraft38,2 kNStreckgrenzkraft54,5 kNK = 0,145 (Beispiel geölt)38,3 kNK = 0,17 (geölt, Rechengrundlage)32,7 kNK = 0,25 (Beispiel trocken)22,2 kNK = 0,35 (Beispiel trocken)15,9 kN

Streckgrenzkraft = Mindest-Dehngrenze 940 N/mm² × Spannungsquerschnitt 58 mm². Das Drehmoment von 55,6 N·m wurde mit K = 0,17 berechnet (siehe nächster Abschnitt). Die K-Werte sind Beispiele aus den Bereichen in den Unterlagen von MISUMI und Yura Sansyo; der tatsächliche Wert muss durch Anziehversuche bestätigt werden.

Wie Abbildung 3 zeigt, bringt ein für K = 0,17 ausgelegtes Drehmoment nur etwa zwei Drittel der geplanten Vorspannkraft, wenn K tatsächlich 0,25 beträgt. Umgekehrt gilt: Trägt jemand ein nicht vorgesehenes Schmiermittel auf und K sinkt, erzeugt dasselbe Drehmoment mehr Vorspannkraft als geplant, und das Risiko des Überdrehens steigt. Das Drehmoment zu treffen heißt also nicht, die Ziel-Vorspannkraft zu treffen.

Wie japanische Drehmomenttabellen berechnet werden

Die Drehmomenttabellen japanischer Lieferanten und Händler wie MISUMI und Yura Sansyo folgen derselben Logik. Zuerst begrenzen sie die Vorspannkraft auf 70 % der Streckgrenzkraft, also Fmax = 0,7 × Rp0,2 min × As. Beide Unternehmen beschreiben, dass die Vorspannkraft beim drehmomentgesteuerten Anziehen im elastischen Bereich bleibt, mit diesem Wert als Maximum. Auch der japanische Werkzeughersteller TONE erklärt, dass Schrauben mit Rücksicht auf die Streuung üblicherweise auf etwa 60–70 % der Streckgrenze angezogen werden, damit sie unter der Elastizitätsgrenze bleiben.

Dann berücksichtigen die Tabellen die Streuung der Vorspannkraft mit einem Anziehfaktor Q, dem Verhältnis von maximaler zu minimaler Vorspannkraft. Q entspricht dem Anziehfaktor αA in VDI 2230. MISUMI und Yura Sansyo setzen Q = 1,4 für eine geölte Schraube, die mit Drehmomentschlüssel angezogen wird. Mit 70 % der Streckgrenzkraft als Obergrenze und 1/Q davon als Untergrenze ergibt sich das Drehmoment für die Mitte des Bereichs:

TA = 0,35 × K × (1 + 1/Q) × σy × As × d

Dabei ist σy die untere Streckgrenze bzw. 0,2-%-Dehngrenze, As der Spannungsquerschnitt des Gewindes und d der Nenndurchmesser. Es handelt sich um eine vereinfachte Formel aus technischen Unterlagen der Lieferanten, nicht um eine Formel aus JIS B 1083:2008. Das Verfahren der JIS B 1083 legt das Zieldrehmoment aus minimalem und maximalem Drehmomentkoeffizienten (ermittelt durch Anziehversuche, etwa nach JIS B 1084), den konstruktiv vorgegebenen Grenzen der Vorspannkraft und der Drehmomentstreuung des Werkzeugs fest. Die vereinfachte Formel ersetzt das durch ein typisches K und einen Anziehfaktor Q.

Rechenbeispiel M10, Klasse 10.9: Dehngrenze 940 N/mm² × Spannungsquerschnitt 58 mm² ergibt eine Streckgrenzkraft von etwa 54,5 kN. Die Obergrenze liegt bei 70 % davon, rund 38,2 kN, die Untergrenze bei 38,2 ÷ 1,4 ≈ 27,3 kN, die Mitte bei etwa 32,7 kN. Mit K = 0,17 ergibt sich 0,17 × 32,7 kN × 10 mm ≈ 55,6 N·m.

Abbildung 4: Berechnete Anziehdrehmomente (Regelgewinde, geölt)

Ein Rechenbeispiel unter den genannten Annahmen, kein vorgegebenes Anziehdrehmoment. Andere Bedingungen ergeben andere Werte.

Gewinde
(Spannungsquerschnitt)
Klasse 8.8
Klasse 10.9
Klasse 12.9
M6 (20,1 mm²)
7,9
11,6
13,5
M8 (36,6 mm²)
19,1
28,1
32,9
M10 (58 mm²)
37,9
55,6
65,1
M12 (84,3 mm²)
66,0
97,0
113
M16 (157 mm²)
164
241
282
M20 (245 mm²)
330
470
550
Bedingungen: TA = 0,35 × K × (1 + 1/Q) × σy × As × d / K = 0,17 (blanker Stahl, geölt) / Q = 1,4 (Drehmomentschlüssel) / Obergrenze der Vorspannkraft = 70 % der Streckgrenzkraft (Ziel etwa 60 %) / As nach JIS B 1082 / σy = Mindest-0,2-%-Dehngrenze nach JIS B 1051:2014 (8.8: 640, bei d > 16 mm 660; 10.9: 940; 12.9: 1100 N/mm²)

Werte in N·m. Von MONOSCOPE mit der obigen Formel berechnet und mit der Referenztabelle im Schraubenhandbuch von Yura Sansyo (K = 0,17, Q = 1,4) abgeglichen. Für 8.8 und 10.9 stimmen die Werte überein. Für 12.9 rechnet das Handbuch mit einer Dehngrenze von 1098 N/mm², seine Werte liegen daher etwa 0,2 % niedriger (65,0 N·m für M10).
Diese Werte bedeuten nicht, dass eine Verbindung mit diesem Drehmoment sicher ist. Verzinkte Schrauben, trockene Gewinde, Edelstahl oder Gegenstücke aus Aluminium oder Gusseisen verändern K und damit die Vorspannkraft. Maßgeblich sind Zeichnung, Herstellervorgabe oder Werksnorm; kritische Verbindungen stimmen Sie mit dem Konstrukteur ab.

Abbildung 4 gilt nur für blanke Stahlschrauben, geölt und mit Drehmomentschlüssel angezogen. Bei verzinkten Schrauben, trockenen Gewinden, Edelstahl oder Gegenstücken aus Aluminium oder Gusseisen ist K anders, und die Werte gelten nicht. Auch das Handbuch von Yura Sansyo weist darauf hin, dass sich die Tabellenwerte je nach Bedingungen stark ändern und nur als Anhaltswert dienen; gerechnet werden soll mit den tatsächlichen Bedingungen.

Vergleich mit Tabellen nach VDI 2230

Wer die japanischen Werte neben eine Tabelle nach VDI 2230 legt, hier die Tabelle 6.4 von Würth Industrie Service (DINO, Kapitel 6), sieht deutlich höhere Zahlen. Der Grund liegt nicht in anderen Schrauben, sondern in einer anderen Fragestellung, wie der Vergleich für M10, Klasse 10.9 zeigt.

M10, Klasse 10.9Japanische Lieferantentabelle (MISUMI, Yura Sansyo)Tabelle nach VDI 2230 (Würth, µG = µK = 0,12)
BezugsgrößeObergrenze der Vorspannkraft = 70 % der Streckgrenzkraft (Rp0,2 min × As, reine Zugkraft)90 % Ausnutzung der Streckgrenze bzw. Dehngrenze durch die Vergleichsspannung aus Zug und Torsion beim Anziehen
Was der Tabellenwert darstelltDrehmoment für die Mitte des Bereichs (Streuung Q = 1,4 bereits eingerechnet)Drehmoment für die maximale Montagevorspannkraft FM Tab; die Mindestvorspannkraft ergibt sich erst durch Division mit αA
VorspannkraftMitte etwa 32,7 kN (Bereich 27,3–38,2 kN)FM Tab = 43,4 kN
Anziehdrehmoment55,6 N·m71 N·m

Beide Ansätze sind in sich schlüssig, sie dürfen nur nicht vermischt werden. Ein Wert aus der Würth-Tabelle auf einer japanischen Anlage kann die Schraube näher an die Streckgrenze bringen, als der Konstrukteur vorgesehen hat. Ob umgekehrt 55,6 N·m für eine nach VDI 2230 ausgelegte Verbindung die erforderliche Mindestmontagevorspannkraft erreichen, hängt von Reibung und Anziehfaktor ab und lässt sich aus dem Tabellenvergleich allein nicht entscheiden. Bei japanischen Anlagen gilt deshalb der vom Hersteller angegebene Wert, und bei Abweichungen klären Sie die Annahmen mit dem Hersteller.

Manche Tabellen beruhen auf ganz anderen Annahmen. Der japanische Drehmomentwerkzeughersteller Tohnichi veröffentlicht ein „Standard-Anziehdrehmoment (T-Reihe)“, berechnet mit K = 0,2 so, dass die Axialspannung im Spannungsquerschnitt 210 N/mm² erreicht. Diese Werte sind nicht aus der Dehngrenze der jeweiligen Festigkeitsklasse abgeleitet, sondern ein Vorschlag, um Drehmomente an Stellen ohne Vorgabe zu vereinheitlichen. Im Drehmoment-Handbuch von Tohnichi beträgt der T-Reihen-Wert für M10 24,5 N·m, weniger als die Hälfte der 55,6 N·m für 10.9 in Abbildung 4. Tabellen unterscheiden sich also je nach Quelle, und keine davon ist „der richtige Wert“.

Die Regel lautet daher: Konstruktionszeichnung, Herstellervorgabe oder Werksnorm befolgen. Bei einer kritischen Verbindung ohne Vorgabe oder wenn Ihre Bedingungen nicht zu den Annahmen einer Tabelle passen, fragen Sie den Konstrukteur, statt einen Wert aus einer Tabelle zu wählen.

Drehmoment-, Drehwinkel- und streckgrenzgesteuertes Anziehen nach JIS B 1083

Instandhalter zieht die Schrauben eines Pumpenfundaments in einer Anlage an

JIS B 1083:2008 nennt drei typische Anziehverfahren: das drehmomentgesteuerte, das drehwinkelgesteuerte und das Drehmomentgradienten-Verfahren, das dem streckgrenzgesteuerten Anziehen in VDI 2230 entspricht. Sie unterscheiden sich darin, welches Signal das Anziehen beendet. Abbildung 5 fasst die drei Verfahren zusammen.

Abbildung 5: Drei Anziehverfahren nach JIS B 1083

Der Anziehfaktor Q ist das Verhältnis von maximaler zu minimaler Vorspannkraft (vergleichbar mit αA); je kleiner Q, desto geringer die Streuung.

Q = 1,4–3 (Richtwert)DrehmomentgesteuertEndet bei einem festgelegten Drehmoment. Im elastischen Bereich. Ein Drehmomentschlüssel genügt, das Verfahren ist einfach, aber die Streuung der Vorspannkraft hängt stark von der Reibung ab
Elastisch 1,5–3 / plastisch 1,2DrehwinkelgesteuertEndet bei einem festgelegten Drehwinkel ab dem Fügepunkt. Anziehen in den plastischen Bereich ergibt hohe, stabile Vorspannkraft, die Schraube verformt sich aber bleibend
Q = 1,2 (Richtwert)Drehmomentgradient (streckgrenzgesteuert)Erfasst die Änderung des Drehmomentanstiegs über dem Winkel und stoppt bei Beginn des Fließens. Erfordert eine Schraubmaschine mit Sensorik und Auswertung

Q-Werte sind Richtwerte aus Tabelle 2 der JIS B 1083:2008. Die Norm weist darauf hin, dass die tatsächliche Streuung stark von verfahrensspezifischen Einflüssen abhängt und sich nicht genau angeben lässt.

Am weitesten verbreitet ist das drehmomentgesteuerte Anziehen. Es braucht nur einen Drehmomentschlüssel, ist aber, wie oben gezeigt, direkt von der Reibung abhängig. Gleiche Oberflächen von Schraube und Mutter und eine gleichbleibende Schmierung sind die Grundlage für eine stabile Vorspannkraft.

Auch Werkzeuge haben Abweichungen. JIS B 1083 legt das Zieldrehmoment unter Einbeziehung der Werkzeugstreuung fest und verweist in den Anmerkungen auf die damals gültige JIS B 4650 (Drehmomentschlüssel) mit ±3 % Abweichung, bei Präzisions-Anzeigeschlüsseln ±1 %. JIS B 4650 wurde 2008 zurückgezogen. Die heute gültige JIS B 4652:2008 (handbetätigte Drehmomentwerkzeuge, Anforderungen und Prüfverfahren) lässt je nach Werkzeugtyp und Maximaldrehmoment ±4 % oder ±6 % zu; in Europa sind die zulässigen Abweichungen je nach Werkzeugtyp und -klasse in DIN EN ISO 6789-1:2017 festgelegt, die Kalibrierung in DIN EN ISO 6789-2. Hersteller geben für Klick-Drehmomentschlüssel nach dieser Norm meist ±4 % an, teils ±6 %. Kalibrieren Sie Drehmomentschlüssel regelmäßig und wählen Sie einen passenden Messbereich.

Drehwinkelgesteuertes Anziehen in den plastischen Bereich und das Gradientenverfahren werden eingesetzt, wo hohe Vorspannkraft mit geringer Streuung gefragt ist, etwa im Motorenbau. JIS B 1083 warnt jedoch, dass sich die Schraube dabei bleibend verformt; bei geringer Zähigkeit oder Wiederverwendung ist Vorsicht geboten. Ob drehwinkelgesteuert angezogene Schrauben wiederverwendet werden dürfen, entscheidet die Instandhaltungsvorschrift des Herstellers.

Warum sich Schrauben trotz korrektem Drehmoment lösen

Verschraubter Rohrleitungsflansch mit Muttern am Umfang

In japanischen Fachtexten bezeichnet „Lockern“ (緩み, yurumi) jeden Verlust der beim Anziehen aufgebrachten Vorspannkraft. Das umfasst Muttern, die sich zurückdrehen, aber auch Verbindungen, die Vorspannkraft verlieren, ohne dass sich die Mutter bewegt. Das erste ist das selbsttätige Losdrehen, das zweite ein Vorspannkraftverlust ohne Losdrehen, etwa durch Setzen, Eindrücken der Auflagefläche, Kriechen oder Temperatureinflüsse. Abbildung 6 zeigt die wichtigsten Formen.

Abbildung 6: Die wichtigsten Arten des Lockerns und Gegenmaßnahmen

Lockern ohne und mit Verdrehung der Mutter hat unterschiedliche Ursachen und Abhilfen.

Anfängliches Setzen
Ohne VerdrehungFeine Rauheiten an Auflage- und Trennflächen ebnen sich nach dem Anziehen ein, die Vorspannkraft sinkt. Nachziehen nach einiger Zeit stellt sie wieder her
Eindrücken der Auflagefläche
Ohne VerdrehungDie Flächenpressung drückt das Gegenstück ein, besonders bei weichen Werkstoffen, und die Vorspannkraft sinkt. Scheiben oder Flanschschrauben und -muttern verteilen die Last und senken die Flächenpressung
Selbsttätiges Losdrehen
Mit VerdrehungWiederholte äußere Lasten drehen Schraube oder Mutter in Löserichtung. Am kritischsten ist Gleiten quer zur Schraubenachse. Abhilfe: ausreichende Vorspannkraft, gleitfreie Konstruktion und Sicherungselemente

Nach dem Schraubenhandbuch von Yura Sansyo und technischen Unterlagen von Hard Lock Industry. Auch wiederholte Wärmedehnung und das Kriechen von Dichtungen verringern die Vorspannkraft.

Das anfängliche Setzen ist eine typische Form des Lockerns ohne Verdrehung. Direkt nach dem Anziehen stimmt die Vorspannkraft, dann sinkt sie, während sich die Kontaktflächen setzen. Eine Gegenmaßnahme ist das Nachziehen nach einiger Zeit (増し締め, mashijime); ob und wann es nötig ist, legt aber normalerweise die Arbeitsanweisung der jeweiligen Anlage oder Maschine fest.

Selbsttätiges Losdrehen tritt an Verbindungen mit wiederholten äußeren Lasten auf. Nach Hard Lock Industry, einem japanischen Hersteller von Sicherungsmuttern, sind wiederholte Lasten quer zur Schraubenachse (Schubrichtung) die ungünstigste der drei Belastungsarten Zug, Torsion und Schub. Sobald die Teile minimal zu gleiten beginnen, wird die Mutter mitgenommen und dreht sich zurück.

Die grundlegende Abhilfe ist eine Vorspannkraft, die das Gleiten der Teile verhindert. Darüber hinaus erhöhen Konstrukteure die Schraubenanzahl, um die Last je Schraube zu senken, oder gestalten die Konstruktion so, dass die äußere Last nicht direkt auf die Schrauben wirkt. Kontermuttern, Kronenmuttern mit Splint, Klebstoffe zur Schraubensicherung und Sicherungsmuttern lassen sich ergänzend kombinieren.

Für Kontermuttern mit niedriger Mutter legt JIS B 1052-2:2014 die Reihenfolge fest: zuerst die niedrige Mutter anziehen, dann eine normale oder hohe Mutter dagegen anziehen.

Warum Schrauben brechen: Überlastung beim Anziehen, Ermüdung, verzögerter Bruch

Schraubenbrüche lassen sich leichter einordnen, wenn man sie nach Zeitpunkt und Ursache trennt: Überlastung beim Anziehen, Ermüdungsbruch durch wiederholte Lasten im Betrieb und verzögerter Bruch, der einige Zeit nach dem Anziehen plötzlich auftritt. Abbildung 7 stellt die drei Fälle gegenüber.

Abbildung 7: Drei Arten, wie Schrauben brechen

Wann die Schraube gebrochen ist und wie sie belastet war, sind die ersten Hinweise auf die Ursache.

Überlastung beim Anziehen
Ermüdungsbruch
Verzögerter Bruch
Wann
Beim oder direkt nach dem Anziehen
Im Betrieb, unter wiederholten Lasten
Plötzlich, einige Zeit nach dem Anziehen, unter ruhender Last
Hauptursachen
Falsche Drehmomenteinstellung oder falsches Werkzeug; zu hohe Vorspannkraft durch geringere Reibung als angenommen (z. B. zusätzliches Schmiermittel)
Zu geringe Vorspannkraft oder Lockern vergrößert die Lastschwankung an der Schraube
Hohe Festigkeit bzw. Härte, Zugspannung und Wasserstoff im Stahl, alles gleichzeitig
Vorbeugung
Vorgegebenes Drehmoment und seine Bedingungen (Schmierung, Oberfläche) einhalten. Werkzeuge kalibrieren
Ausreichende Vorspannkraft aufbringen und Lockern verhindern. Formen und Verfahren mit geringer Kerbwirkung wählen
Keine höhere Klasse als nötig wählen. 12.9 nur galvanisch beschichten, wenn Norm und Schraubenhersteller es zulassen

Nach JIS B 1083:2008, ISO 4042:2022 und technischen Unterlagen von Hard Lock Industry. In der Praxis wirken oft mehrere Faktoren zusammen; die Ursache lässt sich erst durch Untersuchung der Bruchfläche sicher bestimmen.

Überlastung beim Anziehen

Wird beim Anziehen die Streckgrenze überschritten, verformt sich die Schraube plastisch, und weiteres Anziehen führt zum Bruch. Ist die Mutter oder das Innengewinde die schwächere Seite, kann stattdessen das Gewinde abscheren. Wie Abbildung 3 zeigt, erzeugt ein für trockene Gewinde gedachtes Drehmoment an einer Schraube mit nicht vorgesehenem Schmiermittel eine höhere Vorspannkraft als geplant und bringt die Verbindung in die Nähe dieses Versagens.

Ermüdungsbruch

Bei Verbindungen mit wiederholten äußeren Lasten gelangt ein Teil der Lastschwankung in die Schraube. Bei ausreichender Vorspannkraft bleibt dieser Anteil klein. Ist die Vorspannkraft zu gering oder lockert sich die Verbindung, klaffen die Teile auf, und die volle Lastschwankung geht in die Schraube.

Ermüdungsrisse beginnen dort, wo sich Spannungen konzentrieren. Hard Lock Industry nennt den Gewindegrund der Schraube am ersten tragenden Gewindegang in der Mutter, den Gewindeauslauf und den Übergang zwischen Kopf und Schaft. Lockern und Bruch sind also keine getrennten Probleme: Ein Vorspannkraftverlust durch Lockern kann den Ermüdungsbruch auslösen.

Verzögerter Bruch und galvanisch beschichtete 12.9-Schrauben

Der verzögerte Bruch (遅れ破壊, okure hakai) ist ein plötzliches Sprödversagen einige Zeit nach dem Anziehen, bei einer Schraube, die bei der Montage unauffällig war. ISO 4042:2022 (DIN EN ISO 4042), die galvanische Überzugssysteme für Verbindungselemente regelt, behandelt Brüche durch Wasserstoff, der bei der Beschichtung aufgenommen wurde (interne Wasserstoffversprödung).

Das Risiko entsteht, wenn drei Bedingungen zusammenkommen: hohe Zugfestigkeit bzw. Härte, Zugspannung und im Stahl aufgenommener Wasserstoff. Wasserstoff gelangt beim galvanischen Beschichten oder beim vorhergehenden Beizen in den Stahl, und härterer Stahl ist empfindlicher. Deshalb staffelt die Norm die Maßnahmen nach Festigkeitsklasse.

Japan hat JIS B 1044 im Februar 2024 als identische Übernahme (IDT) der ISO 4042:2022 überarbeitet. Für Schrauben nach ISO 898-1 unterscheidet Tabelle 3 der ISO 4042:2022 die Maßnahmen wie folgt:

  • Unter 10.9: keine zusätzliche Prozessverifizierung, keine Produktprüfung und kein Tempern erforderlich.
  • 10.9: zusätzliche Prozessverifizierung und Produktprüfung oder Tempern (nach Wahl des Herstellers).
  • 12.9: zusätzliche Prozessverifizierung und Produktprüfung sowie Tempern.

Tempern bedeutet hier eine Wärmebehandlung zur Wasserstoffentfernung nach dem Beschichten. Temperatur und Dauer legen Beschichter und Schraubenhersteller anhand der Normempfehlungen, der Bauteilhärte und der Überzugsart fest. Anwender sollten diese Parameter nicht selbst festlegen.

Auch die Vorbehandlung zählt. Der Anhang der früheren JIS B 1044:2001 riet bei Teilen ab 385 HV oder ab Festigkeitsklasse 12.9 vom Beizen ab und empfahl säurefreie Verfahren wie Strahlen oder alkalische Entrostung. Derselbe Anhang warnte, nicht davon auszugehen, dass das empfohlene Tempern Wasserstoffversprödung in jedem Fall verhindert. JIS B 1051:2014 verlangt zudem, beim Einsatz von 12.9 das Können des Herstellers, die Einsatzumgebung und das Anziehverfahren zu berücksichtigen.

JIS B 1051 merkt außerdem an, dass je nach Umgebung auch unbeschichtete Schrauben verzögert brechen können, weil Wasserstoff auch durch Korrosion im Betrieb eindringt. Aus diesen Gründen beschichten manche Schraubenhersteller 12.9-Schrauben gar nicht galvanisch. Die japanische Failure Knowledge Database dokumentiert einen Fall hochfester Schrauben, die durch Wasserstoffversprödung brachen, weil das Tempern nach dem galvanischen Beschichten unterblieben war. Kaufen Sie also keine brünierten 12.9-Schrauben, um sie selbst galvanisch beschichten zu lassen; wenn Sie Korrosionsschutz brauchen, fragen Sie den Schraubenhersteller.

Eine Alternative sind Zinklamellenüberzüge (JIS B 1046:2020; in Europa regelt DIN EN ISO 10683 diese Überzüge). Beim nichtelektrolytischen Auftrag entsteht kein Wasserstoff, Vorbehandlung und Wasserstoffaufnahme im Betrieb sind aber gesondert zu bewerten. Die JIS-Norm nennt als Anwendung besonders hochfeste Verbindungselemente mit 1000 MPa Zugfestigkeit oder mehr, um das Risiko der Wasserstoffversprödung zu vermeiden. Neben einem anderen Überzug kommt auch in Frage, eine Festigkeitsklasse tiefer zu gehen und die nötige Vorspannkraft über eine größere Abmessung oder mehr Schrauben zu erreichen.

Checkliste vor dem Anziehen

Drehmomentschlüssel, Stecknüsse und eine Schale mit Schrauben und Scheiben auf einer Werkbank

Gehen Sie vor dem Anziehen in der folgenden Reihenfolge vor. Es geht nicht nur darum, einen Drehmomentwert zu finden, sondern auch die Bedingungen zu prüfen, auf denen dieser Wert beruht.

Abbildung 8: Fünf Prüfungen vor dem Anziehen

Beginnen Sie mit der Suche nach einem vorgegebenen Wert. Passen die Bedingungen nicht, geht die Frage zurück an den Konstrukteur.

01Vorgabewert suchenZeichnungshinweise, Betriebs- und Wartungsanleitung des Herstellers sowie die Werksnorm prüfen. Gibt es einen Wert, gilt dieser
02Festigkeitsklasse prüfenKopfkennzeichnung der Schraube und Mutternklasse mit der vorgegebenen Kombination abgleichen
03Oberfläche und Schmierung abgleichenPrüfen, ob Beschichtung, Schmiermittel und Auftragsstelle den Annahmen des Vorgabedrehmoments entsprechen
04Werkzeug prüfenDrehmomentschlüssel innerhalb des Kalibrierdatums und mit passendem Messbereich verwenden. Prüfen, ob drehmoment- oder drehwinkelgesteuertes Anziehen vorgegeben ist
05Reihenfolge einhalten und dokumentierenMehrere Schrauben in der vorgegebenen Reihenfolge anziehen, z. B. über Kreuz, und Werte sowie Ausführenden dokumentieren

Gibt es keinen Vorgabewert oder passen die tatsächlichen Bedingungen nicht dazu, wählen Sie keinen Wert selbst aus einer Tabelle. Fragen Sie den Konstrukteur oder den Maschinenhersteller.

In der Konstruktion wird eine Drehmomentangabe auf der Zeichnung viel schwerer missverstanden, wenn neben der Zahl auch Festigkeitsklasse, Oberfläche und Schmierung angegeben sind. In Instandhaltung und Montage können ein anderes Schmiermittel oder eine Ersatzschraube den Drehmomentkoeffizienten unbemerkt verändern. Eine geänderte Oberfläche bedeutet, dass das Drehmoment neu zu bewerten ist, deshalb sollten Teileänderungen mit der Konstruktion abgestimmt werden.

In der Serienmontage hilft eine Prozess-FMEA, um zu erfassen, was eine vergessene oder zu schwach angezogene Schraube auslösen kann. So lassen sich Drehmoment-Toleranzen, Prüfintervalle für Werkzeuge und Dokumentation am Risiko ausrichten.

Fragen an den japanischen Lieferanten oder Maschinenhersteller

Die folgenden Fragen klären die Punkte, an denen japanische Angaben und europäische Praxis am häufigsten auseinanderlaufen. Sie eignen sich für die Abnahme einer Anlage ebenso wie für die Instandhaltungsplanung.

  • Welches Anziehdrehmoment (oder welcher Drehwinkel) ist für diese Verbindung vorgegeben, und in welchem Dokument steht es?
  • Welche Festigkeitsklasse haben Schrauben und Muttern, und dürfen wir eine andere Klasse oder eine Schraube nach DIN EN ISO aus unserem Lager einsetzen?
  • Gilt das Drehmoment für trockene oder geschmierte Gewinde? Wenn geschmiert: welches Schmiermittel, an welcher Stelle?
  • Welche Oberfläche haben die Schrauben (blank, brüniert, galvanisch verzinkt, Zinklamelle)? Ändert sich das Drehmoment bei einer anderen Oberfläche?
  • Auf welcher Basis wurde das Drehmoment ermittelt (z. B. 70 % der Dehngrenze, oder Auslegung nach VDI 2230 mit Reibungszahl µ)?
  • Haben die Sechskantköpfe ISO-Schlüsselweiten oder die JIS-Ausführung (z. B. SW 16 oder SW 17 an M10)?
  • Ist nach dem Einlaufen ein Nachziehen vorgesehen? Wenn ja, wann und mit welchem Wert?
  • Dürfen drehwinkelgesteuert angezogene Schrauben wiederverwendet werden, oder müssen sie ersetzt werden?
  • Bei 12.9: Ist eine galvanische Beschichtung zulässig? Wenn ja, wurden die zusätzliche Prozessverifizierung und Produktprüfung sowie das Tempern durchgeführt und dokumentiert?

Musteranfrage per E-Mail

Die folgende Vorlage können Sie an den japanischen Hersteller oder dessen europäische Niederlassung schicken, bei Bedarf übersetzt in die vereinbarte Geschäftssprache.

Betreff: Anziehdrehmoment für [Maschinentyp], [Baugruppe]

Sehr geehrte/r [Name],
wir erstellen derzeit die Instandhaltungsanweisungen für [Maschinentyp, Seriennr.]. Zeichnung [Nr.] nennt für [Baugruppe] Schrauben M10 der Festigkeitsklasse 12.9, ein Anziehdrehmoment haben wir jedoch nicht gefunden. Könnten Sie uns bitte Folgendes bestätigen:
1. Das vorgegebene Anziehdrehmoment oder den Drehwinkel sowie das Dokument, in dem es festgelegt ist
2. Ob der Wert für trockene oder geschmierte Gewinde gilt, und gegebenenfalls das Schmiermittel
3. Die Oberfläche der Schrauben und ob eine andere Oberfläche oder Festigkeitsklasse zulässig ist
4. Ob die Schrauben nach dem Lösen wiederverwendet werden dürfen
Vielen Dank für Ihre Unterstützung.
Mit freundlichen Grüßen
[Name, Unternehmen]

Grenzen dieses Leitfadens

Die Werte und Tabellen in diesem Artikel sind Beispiele unter genannten Annahmen. Für folgende Fälle gelten zusätzliche oder andere Regeln.

  • Vorgabewerte haben immer Vorrang. Zeichnungen, Herstellerunterlagen und Werksnormen gehen den Tabellen und Rechnungen hier vor.
  • Schrauben aus Edelstahl und Nichteisenmetallen folgen anderen Normen (für Edelstahl JIS B 1054-1 bzw. ISO 3506-1) und haben andere Reibungsverhältnisse.
  • Stahlbau-Verschraubungen (hochfeste vorgespannte Garnituren für Stahlbauten und Brücken, in Europa etwa nach DIN EN 14399 und DIN EN 1090-2) folgen eigenen Normen und Anziehverfahren, die hier nicht behandelt werden.
  • Druckgeräte und Rohrleitungsflansche können Anforderungen an die Schraubenkraft aus eigenen Regelwerken und Dichtungskennwerten haben. Maßgeblich ist die technische Spezifikation des Projekts.
  • VDI-2230-Vergleich: Die Würth-Werte gelten für die dort genannten Kopfabmessungen nach DIN EN ISO 4014 bis 4018 und Raumtemperatur. Eine Nachrechnung einer Verbindung nach VDI 2230 ersetzt dieser Artikel nicht.
  • Normen ändern sich. Die Werte stammen aus den in den Quellen genannten Ausgaben. Prüfen Sie die aktuelle Ausgabe, bevor Sie sie in eine Spezifikation übernehmen.

FAQ

Ist eine JIS-Schraube dasselbe wie eine Schraube nach DIN EN ISO?

Bei der Festigkeit ja: JIS B 1051:2014 ist die identische japanische Übernahme von ISO 898-1:2013, eine JIS-10.9 hat also dieselben geforderten Eigenschaften wie eine 10.9 nach DIN EN ISO 898-1. Bei den Abmessungen kann es Unterschiede geben. JIS B 1180 enthält weiterhin einen Anhang mit Sechskantschrauben in JIS-Ausführung, deren Köpfe bei M10, M12, M14 und M22 (geprüft an den Ausgaben 1994 und 2004) andere Schlüsselweiten haben als nach ISO 4014.

Was ist der Unterschied zwischen 8.8 und 10.9?

Eine 10.9 hat eine Mindestzugfestigkeit von 1040 N/mm² und eine Mindest-Dehngrenze von 940 N/mm², gegenüber 800–830 N/mm² und 640–660 N/mm² bei 8.8. Im Rechenbeispiel in Abbildung 4 ergibt sich für M10 unter gleichen Bedingungen 55,6 N·m bei 10.9 gegenüber 37,9 N·m bei 8.8. Außerdem braucht 10.9 eine Mutter der Klasse 10 oder höher und strengere Maßnahmen gegen Wasserstoffversprödung bei galvanischer Beschichtung.

Warum liegen japanische Drehmomentwerte unter unserer VDI-2230-Tabelle?

Weil die Tabellen unterschiedliche Größen angeben. Die Tabellen von MISUMI und Yura Sansyo setzen K = 0,17 (blanker Stahl, geölt), 70 % der Streckgrenzkraft als Obergrenze und Q = 1,4 an und zielen auf die Mitte des Bereichs. Die Würth-Tabelle nach VDI 2230 nennt das Drehmoment für die maximale Montagevorspannkraft bei 90 % Ausnutzung der Streckgrenze durch die Vergleichsspannung, für M10 10.9 bei µ = 0,12 also 71 statt 55,6 N·m. Andere japanische Tabellen, etwa die T-Reihe von Tohnichi, gehen wieder von anderen Annahmen aus. Vergleichen Sie die Annahmen, nicht nur die Zahlen, und halten Sie sich an den Vorgabewert.

Kann ich zur Sicherheit 12.9 statt 10.9 einsetzen?

Nicht ohne Freigabe des Konstrukteurs. 12.9 ist weniger verformungsfähig, JIS B 1051 fordert wegen des verzögerten Bruchs Vorsicht beim Einsatz, und bei gleichem Durchmesser und gleichem Drehmomentkoeffizienten ergibt dasselbe Drehmoment rechnerisch dieselbe Vorspannkraft, unabhängig von der Klasse. Der Wechsel auf 12.9 allein bringt also keine zusätzliche Vorspannkraft. Galvanisch beschichtete 12.9-Schrauben brauchen nach ISO 4042 zusätzliche Maßnahmen.

An einer japanischen Maschine passt an M10 nur der 17er-Schlüssel. Ist die Schraube falsch?

Nicht unbedingt. Wahrscheinlich handelt es sich um eine Schraube in JIS-Ausführung mit der alten Schlüsselweite 17, wie sie auch die zurückgezogene DIN 931/933 vorsah. Die Festigkeitsklasse ist davon nicht betroffen. Für Ersatzteile sollten Sie aber klären, ob ISO-Schrauben mit SW 16 zulässig sind und ob sich durch die andere Auflagefläche das Drehmoment ändert.

Quellen

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Über die Redaktion

MONOSCOPE-RedaktionFOUNDER & EDITOR

Rund zehn Jahre bei einem Anlagenhersteller und einem Anlagenbauunternehmen in Angebot, Konstruktion und Inbetriebnahme von Anlagen tätig, danach Wechsel ins Online-Marketing. Berät heute B2B-Hersteller zu ihren Websites und hilft ihnen, Produkte und Technik verständlich zu erklären. Besitzt die japanischen staatlichen Lizenzen als Energy Manager und als Elektro-Chefingenieur der dritten Klasse.

Betreibt seit 2017 einen Technik-Blog (über 500 Artikel) und einen japanischsprachigen YouTube-Kanal mit rund 20.000 Abonnenten. Jeder Leitfaden entsteht aus der Perspektive der japanischen Werkshalle und wird mit den zitierten Normen abgeglichen.

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