ISO 898-1: Schrauben im Zugversuch – Festigkeitsklassen und Prüfanforderungen
Die Norm DIN EN ISO 898-1 ist eine wichtige Grundlage für die sichere Auslegung von Schraubverbindungen im Maschinenbau, in der Automobiltechnik sowie in industriellen Baugruppen.
Das Wichtigste auf einen Blick
Die DIN EN ISO 898-1 definiert die mechanischen Mindestanforderungen für Schrauben aus unlegiertem und legiertem Stahl mit metrischem ISO-Gewinde. Sie legt fest, wie Festigkeitsklassen 4.6 – 12.9 zu bestimmen und nachzuweisen sind. Grundlage hierfür ist der normgerechte Zugversuch, bei dem Kennwerte wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Gleichmaßdehnung unter definierten Prüfbedingungen ermittelt werden.
Wesentliche Eckpunkte der Norm:
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Geltungsbereich: Schrauben M3 bis M39
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Klassifizierung über zweistellige Festigkeitsklassen (z. B. 8.8)
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Nachweis der mechanischen Eigenschaften im Zugversuch
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Kalibrieranforderung der Prüfmaschine nach ISO 7500-1
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Abgrenzung zu ISO 898-2 (Muttern) und ISO 3506 (rostfreie Stähle)
- Abgrenzung zur ISO 6892-1 (Metallzugversuch) – statt dem realen Querschnitt wird der Nennspannungsquerschnitt As,nom genutzt
- ISO 898-1 behandelt Versuche an abgedrehten Schrauben (Rp0,2) und ganzen Schrauben (Rpf)
Was regelt die DIN EN ISO 898-1?
Die DIN EN ISO 898-1 definiert die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Schrauben aus unlegiertem oder legiertem Stahl mit metrischem ISO-Gewinde nach ISO 261.
Ziel der Norm ist es, Schrauben eindeutig einer Festigkeitsklasse zuzuordnen. Diese Klassifizierung ermöglicht eine sichere Auswahl von Verbindungselementen für definierte mechanische Belastungen.
Im Mittelpunkt stehen:
- Mindest-Zugfestigkeit
- Mindest-Streckgrenze bzw. 0,2 %-Dehngrenze
- Gleichmaßdehnung
- Bruchdehnung bzw. Querschnittsreduzierung
Nicht im Geltungsbereich enthalten sind:
- Schrauben aus nichtrostendem Stahl (→ ISO 3506)
- Verbindungselemente aus Kupferlegierungen
- bestimmte beschichtete Schrauben, wenn das Beschichtungssystem das mechanische Verhalten beeinflusst
Einordnung innerhalb der Normenreihe ISO 898
Die Normenreihe ISO 898 besteht aus mehreren Teilen:
- ISO 898-1: Mechanische Eigenschaften von Schrauben
- ISO 898-2: Mechanische Eigenschaften von Muttern
Während ISO 898-1 die Eigenschaften der Schraube selbst definiert, legt ISO 898-2 die Anforderungen an Muttern fest, die mit diesen Schrauben kombiniert werden. Nur wenn beide Komponenten normgerecht ausgelegt sind, ist die mechanische Leistungsfähigkeit der Verbindung sichergestellt.
Im internationalen Umfeld wird ISO 898-1 häufig mit ASTM F606 verglichen, die ebenfalls Prüfverfahren für mechanische Verbindungselemente beschreibt, jedoch mit abweichenden Prüfbedingungen und Einheitensystem.
Festigkeitsklassen nach ISO 898-1 erklärt
Die Festigkeitsklassen bestehen aus zwei durch einen Punkt getrennten Zahlen, beispielsweise:
- 8.8
- 10.9
- 12.9
Bedeutung der Kennzeichnung:
- Erste Zahl × 100 = nominelle Mindest-Zugfestigkeit in MPa z. B. 8 x 100 = >800 MPa
- Zweite Zahl = Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit z. B. 800 x 0,8 = >640
Beispiel 8.8:
- Zugfestigkeit = 800 MPa (Rm)
- Dehngrenze = 0,8 × 800 MPa = >640 MPa (Rp0,2)
Diese Systematik erlaubt eine schnelle technische Einordnung der mechanischen Leistungsfähigkeit einer Schraube.
Höhere Klassen wie 10.9 oder 12.9 werden insbesondere in hochbelasteten oder sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt.
Prüfanforderungen nach DIN EN ISO 898-1
Die mechanischen Eigenschaften werden im Zugversuch an der ganzen Schraube oder an definierten Prüfstücken bestimmt.
Zentrale Prüfkennwerte der ISO 898-1
- Rm: Maximale Zugspannung bis zum Bruch
- Re bzw. Rp0,2: Streckgrenze oder 0,2 %-Dehngrenze
- Agt: Gleichmaßdehnung bis zur Höchstkraft
- Z: Brucheinschnürung einer abgedrehten Schraube
Die Prüfung erfolgt unter kontrollierten Bedingungen, üblicherweise bei Umgebungstemperatur (ca. 23 °C).
Probenvorbereitung und Einspannung
Bei Schrauben mit Teilgewinde ist sicherzustellen, dass das Gewinde keine lokalen Spannungsspitzen in die Bewertung einbringt. In vielen Fällen werden daher spezielle Prüfstücke mit definiertem Schaftbereich eingesetzt.
Die Einspannung muss:
- fluchtend
- zentrisch
- ohne zusätzliche Biegemomente
erfolgen, um normgerechte Ergebnisse zu gewährleisten.
Anforderungen an Prüfmaschinen für ISO 898-1
Für die normkonforme Prüfung sind Universalprüfmaschinen mit geeigneter Kraft- und Dehnungsmessung erforderlich.
Kalibrierung
- Kraftmessung nach ISO 7500-1
- Dehnungsmessung (falls verwendet) nach ISO 9513
Mindestens Genauigkeitsklasse 1 ist erforderlich, um insbesondere die Streckgrenze präzise zu bestimmen.
Prüfkraftbereich
Je nach Schraubendurchmesser und Festigkeitsklasse können Prüflasten im Bereich von 100 kN bis 300 kN oder darüber erforderlich sein.
Spannzeuge für Schrauben
Für Zugversuche an Schrauben kommen spezielle Schraubenspannzeuge zum Einsatz. Wichtig sind:
- zentrische Kraftübertragung
- hohe Rahmensteifigkeit
- verschleißfeste Spannsysteme
- sichere Aufnahme auch bei spontanen Probenbrüchen hochfester Klassen
Elektromechanische oder hydraulische Universalprüfmaschinen mit geeignetem Schraubenspannzeug ermöglichen die normgerechte Durchführung von Prüfungen nach ISO 898-1.
Video: Zugversuch an Schrauben nach ISO 898-1 mit Universalprüfmaschine
Prüfsoftware und Auswertung
Für reproduzierbare Prüfabläufe ist eine normkonfigurierbare Prüfsoftware erforderlich. Diese sollte:
- Prüfparameter gemäß ISO 898-1 hinterlegen
- Kennwerte automatisch berechnen
- Prüfberichte normgerecht dokumentieren
- Kalibrierstatus der Maschine berücksichtigen
Vordefinierte Prüfmethoden erleichtern insbesondere im QS-Umfeld die standardisierte Durchführung von Serienprüfungen.
FAQ zur ISO 898-1
Was bedeutet das „.9“ bei 10.9 oder 12.9?
Die zweite Zahl beschreibt das Verhältnis der Streckgrenze zur Zugfestigkeit. Bei 10.9 beträgt die Streckgrenze 90 % der Zugfestigkeit.
Müssen Schrauben im Gewindebereich geprüft werden?
Nein. Das Gewinde erzeugt lokale Spannungsspitzen. Für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften wird der tragende Schaftbereich herangezogen oder ein definiertes Prüfstück verwendet.
Wie häufig müssen Schrauben geprüft werden?
Die Norm selbst definiert keine Prüffrequenz. Diese ergibt sich aus internen Qualitätssicherungsrichtlinien, Losgrößen oder kundenspezifischen Anforderungen.
Gilt ISO 898-1 auch für rostfreie Schrauben?
Nein. Für nichtrostende Stähle gilt ISO 3506. Die Festigkeitsklassensysteme sind nicht direkt übertragbar.
Welche Rolle spielt die Kalibrierung der Prüfmaschine?
Eine gültige Kalibrierung nach ISO 7500-1 ist Voraussetzung für normkonforme Prüfergebnisse. Ohne rückführbare Kalibrierung sind die ermittelten Kennwerte nicht prüfsicher dokumentierbar. Schrauben sind zwangsläufig Sicherheitsteile, daher muss die Kalibrierung durch ein akkreditiertes Unternehmen (DAkkS) erfolgen.
