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DIN- und Normteile - Technische Informationen
zu Verbindungselementen
Rost-
saerebestaendige Verbindungselemente
2. Rost- und saeurebestaendige Verbindungselemente
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2.1 Mechanische Eigenschaften
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Fuer Schrauben und Muttern aus Edelstahl gilt die
DIN EN ISO 3506. Es gibt eine Vielzahl von nichtrostenden Staehlen,
die in die drei Stahlgruppen Austenitisch, Ferritisch und Martensitisch
untergliedert werden, wobei der austenitische Stahl die groeβte
Verbreitung gefunden hat. Die Stahlgruppen und die Festigkeitsklassen
werden mit einer vierstelligen Buchstaben- und Ziffernfolge bezeichnet.
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A2–70
A - Austenitischer Stahl
2 - Legierungstyp innerhalb der Gruppe A
70 - Zugfestigkeit mindestens 700 N/mm2, kaltverfestigt
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Das ISO-bezeichnungssystem für die austenitische
Stahlgruppe
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Abb. 1
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2.1.1 Festigkeitseinteilung
von Edelstahlschrauben
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In der DIN ISO 3506 sind die für Verbindungselemente
empfohlenen Stahlsorten zusammengestellt. Es wird vorwiegend austenitischer
Stahl A2 verwendet. Bei erhoehten Korrosionsbeanspruchungen werden
hingegen Chrom- Nickel-Staehle aus der Stahlgruppe A4 verwendet.
Für die Auslegung von Schraubenverbindungen aus austenitischem Stahl
sind die mechanischen Festigkeitswerte der nachfolgenden Tabelle
12 zugrundezulegen.
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Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen
der austenitischen Stahlgruppe
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2.1.2 Streckengrenzlasten
für Schaftschrauben
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Die austenitischen Chrom-Nickel-Staehle sind nicht
haertbar. Eine hoehere Streckgrenze erreicht man nur durch Kaltverfestigung,
die als Folge des Kaltumformers (z. B. Gewindewalzen) entsteht.
In Tabelle 13 sind Streckgrenzlasten für Schaftschrauben nach DIN
EN ISO 3506 zu entnehmen.
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2.1.3 Eigenschaften von
Edelstahlschrauebn bei erhoehten Temperatur
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2.1.4 Anhaltswerte für Anzugsdrehmoment
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Die für den einzelnen Verschraubungsfall benoetigten
Anzugsdrehmomente in Abhaengigkeit von Nenndurchmesser und Reibungszahl
sind aus Tabelle 14 als Anhaltswerte zu entnehmen.
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Schraube aus |
Mutter aus |
μ bei Schmierzustand
ohne Schmierung |
μ bei Schmierzustand
MoS2-Paste |
A2 oder A4 |
A2 oder A4 |
0,23 - 0,5 |
0,10 - 0,20 |
A2 oder A4 |
AIMgSi |
0,28 - 0,35 |
0,08 - 0,16 |
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Reibungszahlen μges. setzen einen gleichen Reibungswert
im Gewinde und unter dem Kopf resp. Mutternauflage voraus.
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2.2 Korrosionsbestaendigkeit
von A2 und A4
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Die nichtrostenden und saeurebestaendigen Staehle
wie A2 und A4 fallen unter die Kategorie des"aktiven"
Korrosionsschutzes.
Rostfreie Edelstaehle enthalten mindestens 16% Chrom (Cr) und
sind bestaendig gegen oxidierende Angriffsmittel. Hoehere Cr-Gehalte
und weitere Legierungsbestandteile wie Nickel (Ni), Molybdaen
(Mo), Titan (Ti) oder Niob (Nb) verbessern die Korrosionsbestaendigkeit.
Diese Zusaetze beeinflussen auch die mechanischen Eigenschaften.
Andere Legierungsbestandteile werden nur zur Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften, z. B. Stickstoff (N), oder der spanabhebenden
Bearbeitbarkeit, z. B. Schwefel (S), zugesetzt.
Verbindungselemente aus austenitischen Staehlen sind im allgemeinen
nicht magnetisierbar, jedoch kann eine gewisse Magnetisierbarkeit
nach der Kaltumformung vorhanden sein. Die Korrosionsbestaendigkeit
wird jedoch davon nicht beeinflusst. Die Magnetisierung durch
Kaltverfestigung kann soweit gehen, dass das Stahlteil an einem
Magnet haften bleibt.
Dabei ist zu beachten, daβ in der Praxis eine Reihe unterschiedlicher
Korrosionsarten auftreten. Im folgenden sind die haeufigsten Korrosionsarten
bei rostfreiem Edelstahl aufgeführt und in nachstehender Abbildung
J beispielhaft dargestellt:
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Abb. J: Darstellung der haeufigsten Korrosionsarten
bei Schraubenverbindungen
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2.2.1 Flaechen- und abtragende
Korrosion
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Bei der gleichmaeβigen Flaechenkorrosion, auch abtragende
Korrosion genannt, wird die Oberflaeche gleichmaeβig und allmaehlich
vom Korrosionsangriff abgetragen. Diese Korrosionsart kann durch
sorgfaeltige Werkstoffauswahl verhindert werden. Aufgrund von Laborversuchen
haben Herstellerwerke Bestaendigkeitstabellen veroeffentlicht, welche
Hinweise über das Verhalten der Stahlsorten bei verschiedenen Temperaturen
und Konzentrationen in den einzelnen Medien geben (siehe Abschnitt
2.2.5).
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Lochkorrosion zeigt sich durch einen flaechigen
Korrosionsabtrag mit zusaetzlicher Mulden- und Lochbildung.
Hierbei wird die Passivschicht oertlich durchbrochen. Bei Edelstahl
Rostfrei in Kontakt mit chlorhaltigem Wirkmedium kommt es auch
zu alleinigem Lochfraβ mit nadelstichartigen Einkerbungen in den
Werkstoff. Auch Ablagerungen und Rost koennen Ausgangspunkte von
Lochkorrosion sein. Deshalb sind alle Verbindungselemente regelmaeβig
von Rueckstaenden und Ablagerungen zu reinigen.
Die austenitischen Staehle wie A2 und A4 sind gegen Lochfraβ bestaendiger
als ferritische Chrom-Staehle.
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Kontaktkorrosion entsteht, wenn zwei Bauteile unterschiedlicher
Zusammensetzung sich in metallischem Kontakt befinden und Feuchtigkeit
in Form eines Elektrolyten vorhanden ist. Hierbei wird das unedlere
Element angegriffen und zerstoert.
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Um Kontaktkorrosion zu verhindern, sollten folgende
Punkte beachtet werden:
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Isolierung der Metalle an der Kontaktstelle, z. B. durch Gummi,
Kunststoffe oder Anstriche, damit kein Kontaktstrom flieβen kann.
Nach Moeglichkeit ungleiche Werkstoffpaarungen vermeiden. Als
Beispiel sollten Schrauben, Muttern und Scheiben den zu verbindenden
Bauteilen angepaβt werden.
Kontaktvermeidung der Verbindung mit elektrolytischem Wirkmedium.
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2.2.4 Spannungsriβkorrosion
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Diese Korrosionsart entsteht in der Regel bei in
Industrieatmosphaere eingesetzten Bauteilen, die unter starker mechanischer
Zug- und Biegebelastung stehen. Auch durch Schweiβen entstandene
Eigenspannungen koennen zu Spannungsriβkorrosion führen.
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Besonders empfindlich gegen Spannungsriβkorrosion
sind austenitische Staehle in Chloridloesungen. Der Einfluβ der
Temperatur ist hierbei erheblich. Als kritische Temperatur sind
50°C zu nennen.
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2.2.5 A2 und A4 in Verbindung
mit korrosiven Medien
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In der folgenden Tabelle wird ein ueberblick über
die Bestaendigkeit von A2 und A4 in Verbindung mit verschiedenen
korrosiven Medien gegeben. Die angegebenen Werte dienen nur als
Anhaltspunkte, bieten aber dennoch gute Vergleichsmoeglichkeiten.
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Einteilung des Bestaendigkeitsgrades in verschiedene
Gruppen
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Bestaendigkeitsgrad
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Beurteilung
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Gewichtsverlust
in g/m2h
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A
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vollkommen bestsendig
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< 0,1
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B
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praktisch bestaendig
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0,1-1,0
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C
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wenig bestaendig
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1,0-10
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D
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unbestaendig
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> 10
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2.3 Kennzeichnung von nichtrostenden
Schrauben und Muttern
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Die Kennzeichnung von nichtrostenden Schrauben und
Muttern muβ die Stahlgruppe und die Festigkeitsklasse sowie das
Herstellerkennzeichen enthalten.
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Kennzeichnung von Schrauben nach DIN ISO 3506-1
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Sechskantschrauben und Zylinderschrauben mit Innensechskant
ab Nenndurchmesser M5 sind entsprechend dem Bezeichnungssystem deutlich
zu kennzeichnen. Die Kennzeichnung sollte nach Moeglichkeit auf
dem Schraubenkopf angebracht sein.
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Abb. K: Auszug aus DIN EN ISO 3506-1
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Kennzeichnung von Muttern nach DIN EN ISO 3506-2
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Muttern mit Gewinde-Nenndurchmesser ab 5 mm sind
entsprechend dem Bezeichnungssystem deutlich zu kennzeichnen. Eine
Kennzeichnung auf nur einer Auflageflaeche ist zulaessig und darf
nur vertieft angebracht sein. Wahlweise ist auch eine Kennzeichnung
auf den Schluesselflaechen zulaessig.
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