Genau das war bei dieser Schraube M20×560 der Festigkeitsklasse 8.8 für eine Stahlbauanwendung erforderlich. Der Vierkantkopf wird durch Warmumformung hergestellt, anschließend wird die Schraube in vertikaler Position vergütet. Danach wird der lange Schaft unterhalb des Kopfes vollständig gedreht und erst im letzten Arbeitsschritt das Gewinde gerollt.

Vier Fertigungsschritte, die jeweils eine konkrete technische Anforderung erfüllen.

Warum der Vierkantkopf durch Warmumformung hergestellt wird

Die Schraube besitzt einen 45 mm breiten und 29 mm hohen Vierkantkopf. Im Verhältnis zum Schaftdurchmesser M20 sind dies beachtliche Abmessungen.

Um diese Geometrie herzustellen, wird der Kopf durch Warmumformung geformt. Dabei wird der Werkstoff im Kopfbereich gezielt umgeformt und in die erforderliche Geometrie gebracht.

Bei einem Bauteil dieser Art ist dieses Verfahren besonders relevant: Der Kopf entsteht durch Umformung des Werkstoffs und muss nicht vollständig aus einem Stabmaterial mit entsprechend größerem Querschnitt spanend herausgearbeitet werden.

Damit besitzt das Bauteil bereits zu Beginn der nachfolgenden Bearbeitungsschritte die grundlegende Kopfgeometrie, die während des weiteren Fertigungsprozesses erhalten bleiben muss.

Bei 560 mm Länge wird die Geradheit zum Bestandteil des Fertigungsprozesses

Nach der Umformung muss die Schraube durch Vergüten die für die Festigkeitsklasse 8.8 erforderlichen mechanischen Eigenschaften erreichen.

An diesem Punkt wird eine Eigenschaft relevant, die bei einem wesentlich kürzeren Bauteil weniger kritisch wäre: die Gesamtlänge von 560 mm.

Bei der Wärmebehandlung kann sich ein Bauteil dieser Länge verformen. Bei diesem konkreten Auftrag wurden die Schrauben deshalb in vertikaler Position vergütet, um Verformungen des langen Schafts zu begrenzen.

Dieses Detail zeigt, dass bei Sonderschrauben nach Zeichnung selbst eine scheinbar einfache Abmessung wie die Gesamtlänge die Auslegung und Reihenfolge der nachfolgenden Fertigungsschritte beeinflussen kann.

Warum der Schaft unterhalb des Kopfes vollständig gedreht wird

Nach der Warmumformung und Wärmebehandlung wird der gesamte Schaft unterhalb des Kopfes spanend durch Drehen bearbeitet.

Dieser Arbeitsschritt macht den Unterschied zu einer handelsüblichen Schraube wahrscheinlich am deutlichsten.

Bei einem 560 mm langen Bauteil müssen die vorgegebenen Schaftabmessungen über eine erhebliche Länge eingehalten werden. Durch das Drehen kann der Schaftdurchmesser nach den vorangegangenen Umform- und Wärmebehandlungsprozessen auf die in der Zeichnung festgelegte Geometrie gebracht werden.

Die spanende Bearbeitung ist daher kein nachträglicher Nebenschritt. Der vollständig gedrehte Schaft ist Bestandteil der gewählten Fertigungsstrategie, um die geforderten Endabmessungen zu erreichen.

Auch die Reihenfolge ist entscheidend: Zunächst wird der Kopf geformt, anschließend wird das Bauteil vergütet und erst danach wird der lange Schaft auf die vorgegebenen Maße gedreht.

Warum das Gewinde erst nach dem Drehen gerollt wird

Die Schraube besitzt ein 115 mm langes M20-Teilgewinde, das durch Gewinderollen hergestellt wird.

Anders als bei einem spanend geschnittenen Gewinde wird das Gewindeprofil beim Gewinderollen nicht durch Materialabtrag erzeugt. Der Werkstoff wird vielmehr durch die profilierten Werkzeuge plastisch verformt. Gewinderollen ist somit ein spanloses Kaltumformverfahren.

Daraus ergibt sich eine wichtige Konsequenz für die Planung des Fertigungsablaufs: Der Durchmesser des später zu rollenden Bereichs muss bereits beim vorhergehenden Bearbeitungsschritt korrekt vorbereitet werden, denn genau dieses Material wird anschließend verdrängt und zum endgültigen Gewindeprofil umgeformt.

Drehen und Gewinderollen sind deshalb keine voneinander unabhängigen Arbeitsschritte.

Beim Drehen werden der Schaft und der für das Gewinde vorgesehene Bereich vorbereitet; beim anschließenden Gewinderollen entsteht das in der Zeichnung geforderte 115 mm lange Gewinde.

Bei einer Schraube nach Zeichnung bedeutet eine korrekte Prozessplanung daher, spanende Bearbeitung und Umformtechnik aufeinander abzustimmen, statt beide Verfahren isoliert zu betrachten.

Eine Vierkantschraube nach Zeichnung, drei Fertigungstechnologien

Genau darin liegt die technische Besonderheit dieses Bauteils.

Die endgültige Geometrie entsteht durch das Zusammenspiel von drei unterschiedlichen Fertigungstechnologien:

• Die Warmumformung erzeugt den 45×29 mm großen Vierkantkopf.
• Durch Drehen wird der lange Schaft unterhalb des Kopfes auf die geforderten Maße gebracht.
• Durch Gewinderollen entsteht das 115 mm lange M20-Gewinde.

Hinzu kommt das Vergüten, um die mechanischen Eigenschaften der Festigkeitsklasse 8.8 zu erreichen. Bei diesem Bauteil erfolgte die Wärmebehandlung in vertikaler Position, um den besonderen Anforderungen aufgrund der Gesamtlänge von 560 mm Rechnung zu tragen.

Die UNI 5729 dient als Referenz für die Grundform des breiten Vierkantkopfes, erklärt jedoch nicht, wie diese konkrete Schraube gefertigt werden muss. Die endgültige Zeichnung bestimmt sowohl die Abmessungen als auch die dafür erforderliche Fertigungsfolge.

Die richtigen Lieferanten für jeden Fertigungsschritt auswählen und koordinieren

Wenn ein Bauteil mehrere unterschiedliche Fertigungsverfahren erfordert, besteht die Herausforderung nicht nur darin, für jeden einzelnen Arbeitsschritt einen geeigneten Lieferanten zu finden.

Entscheidend ist, dass jeder Fertigungsschritt das Bauteil korrekt für den nächsten vorbereitet.

Bei diesem Auftrag übernahm EFS die Koordination der gesamten Lieferkette: von der Warmumformung über die Wärmebehandlung und das Drehen bis zum Gewinderollen. Gleichzeitig wurde die Übereinstimmung des fertigen Bauteils mit den vorgegebenen technischen Spezifikationen überprüft. Die gesamte Fertigung erfolgte in italienischen Fachbetrieben unter Verwendung von Vormaterial europäischen Ursprungs.

Bei einer Schraube dieser Dimension umfasst die Kontrolle somit den gesamten Fertigungsprozess. Vormaterial, mechanische Eigenschaften, Kopfabmessungen, Geometrie und Geradheit des Schafts sowie Länge und Ausführung des Gewindes müssen im fertigen Bauteil den Anforderungen entsprechen.

Gerade ein solcher Fall zeigt, warum bei einer auf den ersten Blick einfachen Schraube die Fertigungsfolge selbst zu einem wesentlichen Bestandteil der technischen Lösung wird.

FAQ Vierkantschraube nach Zeichnung

Warum werden bei einer Schraube nach Zeichnung Umformung und spanende Bearbeitung kombiniert?

Weil unterschiedliche Bereiche des Bauteils unterschiedliche Fertigungsverfahren erfordern können. Bei dieser Schraube wird der Vierkantkopf durch Warmumformung hergestellt, während der lange Schaft unterhalb des Kopfes anschließend spanend bearbeitet wird, um die in der Zeichnung vorgegebenen Abmessungen zu erreichen.

Warum wird das Gewinde gerollt und nicht spanend geschnitten?

Beim Gewinderollen entsteht das Gewindeprofil durch plastische Verformung des Werkstoffs und nicht durch Materialabtrag. Das Verfahren muss deshalb bereits bei der Planung des gesamten Fertigungsablaufs berücksichtigt werden: Der Durchmesser des zu rollenden Bereichs muss vor dem Gewinderollen entsprechend vorbereitet werden.

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Warmumformung und Wärmebehandlung

Die Herstellung dieser Schrauben erfolgt durch Warmumformung. Dieses Verfahren ermöglicht eine dichte und widerstandsfähige Werkstoffstruktur und gewährleistet zugleich eine hohe Maßgenauigkeit auch bei Sonderlängen.

Nach der Umformung werden die Bauteile vergütet. Dabei durchlaufen sie einen Wärmebehandlungsprozess aus Härten und Anlassen, der die mechanischen Eigenschaften der Festigkeitsklasse 8.8 gemäß ISO 898-1 sicherstellt.

Diese Behandlung gewährleistet eine hohe Zähigkeit, Zugfestigkeit und Belastbarkeit der Schrauben – entscheidende Eigenschaften für Anwendungen mit hohen mechanischen Beanspruchungen oder Vibrationen.

Elektrolytische Weißverzinkung

Im nächsten Fertigungsschritt erfolgt die elektrolytische Weißverzinkung. Sie dient dem Schutz vor Korrosion und trägt zu einer langen Lebensdauer des Bauteils bei.
Die Beschichtung erzeugt eine gleichmäßige und glänzende Oberfläche, reduziert die Reibung bei der Montage und verbessert gleichzeitig das Erscheinungsbild der Schraube.

Die Weißverzinkung wird häufig in Industrieanlagen sowie im Stahl- und Anlagenbau eingesetzt, insbesondere wenn die Verbindungselemente sichtbar bleiben oder wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.

Kontrolle der Geradheit

Bei einer Länge von 420 mm kann bereits eine geringe Abweichung von der Längsachse die Funktionalität der Verbindung beeinträchtigen.
Aus diesem Grund wird jedes Bauteil einer präzisen Geradheitsprüfung mit speziellen Prüflehren unterzogen. Dabei wird die Ausrichtung zwischen dem Bereich unter dem Schraubenkopf und dem Schraubenende kontrolliert.
Ziel ist es, eine optimale Koaxialität über die gesamte Länge sicherzustellen und Verformungen zu vermeiden, die die Montage erschweren oder die Lastverteilung im eingebauten Zustand negativ beeinflussen könnten.

Diese Kontrolle ist insbesondere bei überlangen Schrauben von großer Bedeutung, da selbst minimale Abweichungen über die gesamte Bauteillänge verstärkt auftreten und die Montagequalität direkt beeinflussen können.

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Anwendungen im Stahlbau und Anlagenbau

Eine Teilgewindeschraube mit Sechskantkopf UNI 5737 / DIN 931 M10x420 wird überall dort eingesetzt, wo belastbare Verbindungen über größere Materialstärken erforderlich sind.

Zu den typischen Anwendungen gehören:

• Stahlbau und Stahlkonstruktionen: Befestigung von Rahmen, Trägern, Stützen und Längsträgern.
• Maschinen und Industrieausrüstungen: strukturelle Verbindungen in Pressen, Werkzeugen und großen Werkzeugmaschinen.
• Fundamente und konstruktive Verankerungen: Zugverbindungen und Befestigungen unter Zug- oder Biegebeanspruchung.
• Brückenbau und Metallinfrastruktur: Verbindungen zwischen Trägern, Stegen und Aussteifungselementen.
• Industrieanlagen: Montage von Halterungen, Fundamentrahmen oder Sammelsystemen, die hohe strukturelle Stabilität und Korrosionsschutz erfordern.

Ein Standardbauteil mit hohen Präzisionsanforderungen

Obwohl Teilgewindeschrauben nach UNI 5737 zu den Standardverbindungselementen zählen, entwickeln sie sich in der Ausführung mit 420 mm Länge zu technisch anspruchsvollen Präzisionsbauteilen.
Jeder Fertigungsschritt – von der Warmumformung über die Wärmebehandlung bis hin zur Verzinkung und Geradheitskontrolle – trägt zur Zuverlässigkeit des Produkts und zur Sicherheit der gesamten Verbindung bei.

Für EFS ist die Lieferung solcher Befestigungselemente ein konkretes Beispiel dafür, wie selbst Standardkomponenten an kundenspezifische Anforderungen angepasst, geprüft und dokumentiert werden können, ohne Kompromisse bei Qualität, Sicherheit und Normenkonformität einzugehen.

Technische Kurzübersicht Teilgewindeschrauben UNI 5737

• Norm: UNI 5737 / DIN 931
• Abmessung: M10 x 420 mm
• Festigkeitsklasse: 8.8
• Werkstoff: vergüteter legierter Stahl
• Oberfläche: elektrolytische Weißverzinkung
• Herstellung: Warmumformung
• Qualitätskontrolle: Geradheitsprüfung mit Präzisionslehren

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Zu den am häufigsten eingesetzten Ausführungen gehören Schrauben aus Edelstahl AISI 304 mit Parallelogrammkopf. Sie überzeugen durch ihre Vielseitigkeit, einfache Montage und gute Korrosionsbeständigkeit in Umgebungen mit mittlerer Beanspruchung.

Wichtig ist die Unterscheidung zu Hammerkopfschrauben: Die spezielle Geometrie dieser Schrauben wurde entwickelt, um die mechanische Haltekraft in Anwendungen wie T-Nuten, modularen Profilsystemen und Schaltschränken zu optimieren.

Technische Merkmale der Schraube

Die hier beschriebene Schraube verfügt über einen Gewindeschaft M8 x 20 und einen Parallelogrammkopf (oft vereinfacht als „Rechteckkopf“ bezeichnet) aus Edelstahl AISI 304. Die Kopfabmessungen betragen 21 mm × 9,2 mm bei einer Höhe von 6 mm. Eine Laserkennzeichnung ermöglicht die dauerhafte Identifizierung des Werkstoffs und erleichtert die Rückverfolgbarkeit gemäß den Anforderungen vieler industrieller Projekte.

Der Edelstahl AISI 304 (X5CrNi18-10) gehört zur Gruppe der A2-Edelstähle (Chrom-Nickel-Stähle), zu der unter anderem auch AISI 303, AISI 304L und AISI 305 zählen. Dieser Werkstoff wird häufig in der Lebensmittelindustrie, Chemieindustrie und im Anlagenbau eingesetzt und zeichnet sich im lösungsgeglühten Zustand durch eine gute Beständigkeit gegenüber zahlreichen korrosiven Medien aus.
Obwohl AISI 304 nicht die Korrosionsbeständigkeit von AISI 316 (A4) in stark aggressiven Umgebungen erreicht, bietet er ein ausgezeichnetes Verhältnis zwischen Kosten, Verarbeitbarkeit und Korrosionsschutz für Standardanwendungen.
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Typische Anwendungen

Schrauben mit Parallelogrammkopf werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt:

• Schaltschränke auf Schiffen, in Schienenfahrzeugen und Industrieanlagen
• Photovoltaikanlagen zur Befestigung auf Tragprofilen
• Industriemaschinen in technischen oder mäßig korrosiven Umgebungen
• Modulare Halterungen und Befestigungssysteme wie T-Nuten und Kabelkanäle

Vorteile von Rechteckkopfschrauben für Industrieanlagen

Rechteck- beziehungsweise Parallelogrammkopfschrauben bieten zahlreiche Vorteile.

Ein wesentlicher Vorteil ist die schnelle Montage mit selbsthemmender Positionierung. Der Kopf wird in die Führung eingesetzt und durch Drehen verriegelt. Dadurch entsteht eine sichere Verbindung, selbst bei sehr begrenzten Platzverhältnissen.

Darüber hinaus bietet die Kopfform eine große Auflagefläche, ohne die Abmessungen des Gewindeschafts wesentlich zu überschreiten. Dies ermöglicht eine optimale Lastverteilung, reduziert Verformungen und sorgt für eine stabile Befestigung.

Die von EFS kundenspezifisch gefertigten Schrauben besitzen zudem keinen exakt rechteckigen Kopf. Die Parallelogrammgeometrie reduziert zusätzlich das Risiko eines unbeabsichtigten Lösens durch Vibrationen oder Mikrobewegungen – ein wichtiger Vorteil in Schaltschränken sowie in bewegten Maschinen und Anlagen.

Nicht zuletzt führt die einfache Handhabung zu kürzeren Montagezeiten, was insbesondere bei Installationen in schwer zugänglichen Bereichen oder auf Baustellen von großem Nutzen ist.

Relevante Normen und Vorschriften

Für Schrauben mit Parallelogrammkopf existiert keine spezifische Produktnorm, da es sich um kundenspezifische Zeichnungsteile handelt.
Dennoch orientieren sich Konstruktion und Fertigung an wichtigen technischen Referenznormen:

• ISO 898-1 für mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoff- und legiertem Stahl
• ISO 3506-1 für Verbindungselemente aus nichtrostendem Stahl
• EN ISO 4762 bzw. EN ISO 4017, sofern standardisierte Gewindeschäfte verwendet werden
• Im Anlagenbau kann außerdem die Druckgeräterichtlinie PED 2014/68/EU relevant sein, die Rückverfolgbarkeit sowie die Verwendung konformer Werkstoffe für Druckanlagen fordert.

Insbesondere im Anlagenbau sowie im maritimen Bereich werden häufig zusätzlich verlangt:

• eine dauerhafte Werkstoffkennzeichnung (wie die auf dem Bauteil angebrachte Laserkennzeichnung)
• eine Konformitätserklärung gemäß den Projektanforderungen
• gegebenenfalls die Einhaltung branchenspezifischer Richtlinien und Vorschriften

Fazit

Diese Rechteckkopfschrauben sind keine Katalogprodukte. EFS hat sie nach Zeichnung und gemäß den spezifischen Anforderungen des Kunden gefertigt. Dieser Ansatz ermöglicht eine optimale Anpassung der Geometrie an die jeweilige Montageschnittstelle, die Profilabmessungen und die Umgebungsbedingungen.

Im Anlagenbau, wo jedes Detail entscheidend sein kann, bietet ein Befestigungselement, das die Montage vereinfacht und gleichzeitig eine zuverlässige Haltekraft auch bei beengten Platzverhältnissen gewährleistet, einen konkreten technischen Mehrwert.

Quellen: tecnoacciai.it
Normen und Richtlinien: ISO 50416, ISO 70045, PED-Richtlinie 2014/68/EU

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