Einführung des Standards GB/T 3098.13
Diese Norm legt das Drehmomentprüfverfahren und das Mindestversagensdrehmoment für Schrauben und Bolzen mit Nenndurchmessern von 1 mm bis 10 mm fest. Sie gewährleistet, dass Verbindungselemente die Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit unter Torsionsbelastung erfüllen, die für Anwendungen im Maschinenbau, der Automobilindustrie und dem Bauwesen von entscheidender Bedeutung sind. Die Norm bezieht sich auf ISO 898-7:1992 und gilt für die Festigkeitsklassen 8.8, 9.8, 10.9 und 12.9.
Das Verständnis dieser Norm hilft Ingenieuren bei der Auswahl geeigneter Verbindungselemente und beugt so Ausfällen aufgrund unzureichender Torsionsfestigkeit vor. Sie beschreibt präzise Prüfmethoden, um sicherzustellen, dass Schrauben und Bolzen den vorgegebenen Drehmomenten standhalten, ohne vorzeitig zu brechen.
Drehmomentprüfverfahren
Prinzip
Bei der Drehmomentprüfung wird die Schraube in eine Prüfvorrichtung eingespannt und mit einem Drehmoment bis zum Bruch beaufschlagt. Das Bruchdrehmoment wird gemessen. Dadurch wird die Torsionsfestigkeit des Verbindungselements beurteilt und sichergestellt, dass es die Mindestanforderungen erfüllt, ohne vor Erreichen des vorgegebenen Wertes zu brechen.
- Konzentriert sich auf reine Torsionsbelastung, um die Scherfestigkeit zu isolieren.
- Unerlässlich für die Validierung der Materialintegrität und der Fertigungsqualität.
Gerät
Der Prüfaufbau umfasst eine Drehmomentprüfvorrichtung, wie sie in typischen Diagrammen dargestellt ist (z. B. Abbildung 1 in der Norm). Wichtige Komponenten gewährleisten eine genaue Messung:
- Drehmomentschlüssel oder -messgerät mit einer Kapazität von höchstens dem Fünffachen des minimalen Versagensdrehmoments der Probe.
- Der maximale Fehler des Drehmomentmessgeräts sollte ±1% des minimalen Ausfalldrehmoments betragen.
- Spannvorrichtungen, um das Befestigungselement zu halten, ohne axiale Belastungen oder Reibung zu erzeugen, die die Ergebnisse verfälschen könnten.
Die Kalibrierung der Geräte ist für die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit in industriellen Testumgebungen unerlässlich.
Testbedingungen
Bei den Prüfungen dürfen ausschließlich Torsionskräfte gemäß Tabelle 2 angewendet werden. Die Probe darf nicht vor Erreichen des minimalen Versagensdrehmoments brechen. Reibung zwischen Kopf und Gewindeteilen ist zu vermeiden, um genaue Ergebnisse zu gewährleisten.
- Es gelten üblicherweise die Umgebungstemperaturbedingungen, sofern nichts anderes angegeben ist.
- Geeignet für Befestigungselemente mit Gewindetoleranzen 6g, 6f und 6e.
- Für eine statistische Aussagekraft hinsichtlich der Chargenqualität werden mehrere Stichproben empfohlen.
Verfahren
Setzen Sie die Schraube oder den Bolzen so in die Vorrichtung ein, dass mindestens zwei Gewindegänge vollständig eingerastet sind und mindestens ein Gewindedurchmesser zwischen Vorrichtung und Kopf verbleibt. Ziehen Sie das Drehmoment gleichmäßig und kontinuierlich an, bis die Schraube nicht mehr greift.
- Sichern Sie die Probe ordnungsgemäß, um ein Verrutschen zu verhindern.
- Notieren Sie das Drehmoment, bei dem der Bruch eintritt.
- Untersuchen Sie die Bruchflächen auf Defekte wie Einschlüsse oder unsachgemäße Wärmebehandlung.
Diese Methode liefert reproduzierbare Ergebnisse und dient als Grundlage für die Qualitätskontrolle in der Produktion.
Mindestversagensdrehmoment
Das minimale Versagensdrehmoment (MB min) wird anhand der folgenden Formel berechnet:
MB min = τB min × WP min
Wo:
- WP min = π/16 × d1 Minute3 (Torsionswiderstandsmodul)
- τB min = X × σb min (minimale Torsionsfestigkeit)
- D1 Minute: Mindestkerndurchmesser des Außengewindes
- σb minMindestzugfestigkeit
- X: Festigkeitsverhältnis (aus Tabelle 1)
Diese Berechnung gewährleistet, dass die Verbindungselemente die Auslegungslasten sicher aufnehmen können, wobei Materialeigenschaften und Geometrie berücksichtigt werden.
Festigkeitsverhältnis X
| Immobilienklasse | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 |
|---|---|---|---|---|
| Verhältnis X | 0.84 | 0.815 | 0.79 | 0.75 |
Diese Verhältnisse passen die Torsionsfestigkeit auf Basis der Zugeigenschaften an und gewährleisten so konservative Auslegungswerte.
Minimale Versagensdrehmomente
| Gewindebezeichnung | Steigung (mm) | Mindestversagensdrehmoment MB min (N·m) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Immobilienklasse | |||||
| 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 | ||
| M1 | 0.25 | 0.033 | 0.036 | 0.04 | 0.045 |
| M1.2 | 0.25 | 0.075 | 0.082 | 0.092 | 0.1 |
| M1.4 | 0.3 | 0.12 | 0.13 | 0.14 | 0.16 |
| M1.6 | 0.35 | 0.16 | 0.18 | 0.2 | 0.22 |
| M2 | 0.4 | 0.37 | 0.4 | 0.45 | 0.5 |
| M2.5 | 0.45 | 0.82 | 0.9 | 1 | 1.1 |
| M3 | 0.5 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 2.1 |
| M3.5 | 0.6 | 2.4 | 2.7 | 3 | 3.3 |
| M4 | 0.7 | 3.6 | 3.9 | 4.4 | 4.9 |
| M5 | 0.8 | 7.6 | 8.3 | 9.3 | 10 |
| M6 | 1 | 13 | 14 | 16 | 17 |
| M7 | 1 | 23 | 25 | 28 | 31 |
| M8 | 1.25 | 33 | 36 | 40 | 44 |
| M8×1 | 1 | 38 | 42 | 46 | 52 |
| M10 | 1.5 | 66 | 72 | 81 | 90 |
| M10×1 | 1 | 84 | 92 | 102 | 114 |
| M10×1,25 | 1.25 | 75 | 82 | 91 | 102 |
Hinweis: Die Werte gelten für Gewinde mit Toleranzen 6g, 6f und 6e. Diese gewährleisten sichere Anzugsmomente in Baugruppen.
Häufig gestellte Fragen
Welchen Zweck hat die Drehmomentprüfung in GB/T 3098.13?
Der Test überprüft die Torsionsfestigkeit von Schrauben und Bolzen mit kleinem Durchmesser und stellt sicher, dass diese unter den vorgegebenen Belastungen nicht versagen. Er ist entscheidend für die Qualitätssicherung in hochbelasteten Anwendungen wie der Elektronik und dem Präzisionsmaschinenbau.
Wie wähle ich die passende Eigenschaftsklasse für meine Befestigungselemente aus?
Die Wahl erfolgt anhand der erforderlichen Zug- und Torsionsfestigkeit. Beispielsweise bietet die Klasse 12.9 höhere Werte, erfordert jedoch eine sorgfältige Handhabung, um Wasserstoffversprödung zu vermeiden. Beachten Sie die Anwendungsbelastungen und Umgebungsbedingungen.
Was passiert, wenn das gemessene Drehmoment unterhalb des minimalen Versagensdrehmoments liegt?
Dies deutet auf mögliche Materialfehler oder Fertigungsprobleme hin. Die Charge ist zurückzuweisen und die Ursachen, wie z. B. eine unsachgemäße Wärmebehandlung oder Abweichungen in der Gewindegeometrie, sind zu untersuchen.
Kann diese Norm auch auf Befestigungselemente mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm angewendet werden?
Nein, GB/T 3098.13 ist auf Durchmesser von 1–10 mm beschränkt. Für größere Durchmesser konsultieren Sie bitte andere Teile von GB/T 3098 oder entsprechende ISO-Normen wie ISO 898-1.
Wie beeinflusst die Reibung die Ergebnisse des Drehmomenttests?
Reibung zwischen Kopf und Gewinde kann die gemessenen Drehmomente verfälschen und somit zu ungenauen Messwerten führen. Um zuverlässige Daten zu gewährleisten, sollten Vorrichtungen diese Störungen minimieren.
Welche Rolle spielt das Stärkeverhältnis X bei den Berechnungen?
X korreliert die Torsionsscherfestigkeit mit der Zugfestigkeit und liefert einen Sicherheitsfaktor. Niedrigere X-Werte für höhere Festigkeitsklassen deuten auf eine erhöhte Sprödigkeit hin und erfordern eine konservative Auslegung.
