Wissenswertes zu Zylinderkopfschrauben / Dehnschrauben

[evil twinGo]

Da ich bald meine Kopfdichtung (nicht bei mir sondern beim Twingo) wechseln will bin ich auf das leidige Thema der Schrauben gekommen, die man ja nur 1x verwenden soll. Ich war bis jetzt nicht im klaren darüber warum, aber dieser Text der von einem ziemlich erfahrenen Menschen zu stammen scheint sollte etwas mehr Infos in die Runde werfen. Zitat:

"Hallo Leute,

dynamisch belastete Klemmverbindungen (z.B. Zylinderkopf - Motorblock) werden vorzugsweise konstruktiv derart ausgeführt, dass die Schraube im Vergleich zu den verspannten Bauteilen weich ist.
Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Vorspannkraft (Klemmkraft) der Bauteile bei Setzungen und/oder Wärmedehnungen nur geringfügig ändert.
Beim drehmomentgesteuerten Anzugsverfahren bewegt sich die tatsächlich erzielte Schraubenvorspannkraftallerdings in einem ziemlich großen Intervall, d.h. die Steubreite der Schraubenvorspannkräfte ist bei gleichem Anzugsmoment ziemlich groß.
Dies liegt an verschiedenen Randbedingungen, wie z.B. der Gewindepassung, dem Oberflächenzustand der Gewindeflanken und der Kopfauflagefläche, dem Schmierzustand des Gewindes, usw.
Bei den im ZK verwendeten Dehnschrauben wird die Unsicherheit der Schraubenvorspannkraft minimiert, indem man die Schrauben mindestens bis zur Dehngrenze oder leicht darüber anzieht. Je nach Zusammenstreffen der o.g. Randbedingungen werden die Schrauben gerade bis zur Dehngrenze oder leicht über die Dehngrenze bis in den plastischen Verformungsbereich hinein angezogen.
Wenn die Schraubenvorspannkraft die Dehngrenze überschreitet, dann beginnt das Material zu fließen und die Vorspannkraft erhöht sich praktisch nicht mehr (trotz weiterer Längung der Schraube).
Mit diesem Trick wird erreicht, dass das ziemlich große Streuband bei drehmomentgesteuerten Schraubenanzugsverfahren stark verkleinert wird, so dass immer definierte Vorspannungskräfte erzeugt werden können.

Daraus läßt sich auch ableiten, dass das Nachziehen von Dehnschrauben ein Lotteriespiel ist, das man besser unterlassen sollte.
Da man nicht weiß, wie weit die Schraube bereits plastisch verformt (gelängt) wurde, kann man auch nicht abschätzen, ob weiteres Längen gefährlich ist oder nicht.

Wurde eine Dehnschraube theoretisch nur ganz knapp über die Dehngrenze hinaus angezogen, so könnte diese theoretsich noch um einiges nachgezogen werden, ohne dass die Gefahr des Schraubenbruchs besteht. Im anderen Fall jedoch könnte schon ein leichtes Nachziehen zum baldigen Versagen der Schraube führen.

Fazit: Immer neue Schrauben nehmen!

Gruß
Alex"

[Harald_K]

Dehnschraube oder nicht ..... irgendwie bin ich da skeptisch. Das mit den "immer neue Schrauben" haben die Werkstätten schon früher gepredigt. Genauso wie "Da müssen wir den Kopf planen" oder "Der is so alt, der wird nicht mehr dicht" .... bislang ging das immer gut, egal ob mit neuen oder alten Schrauben.

1. ne Dehnschraube müßte so aussehen: Kopf, dicker zylindrischer Teil, dünnerer zylind. Teil, dicker zylind. Teil, Gewinde. und der dünnere Mittelteil muß deutlich dünner als die Seele vom Gewindeteil sein (Kerbwirkung)
weil - wenn sie einfach komplett im gleichen Durchmesser bis zum Gewinde runtergeht, dann dehnt sie sich da, wo das Gewinde der Schraube noch nicht im Gegengewinde vom Block eingreift am stärksten. Also sind zylindrische Schrauben keine Dehnschrauben.

2. die Schraube wird erstmal mit Drehmoment und Winkel angezogen (und dabei schonmal gedehnt), dann gelockert und nochmal mit Drehmoment und Winkel angezogen (und nochmal gedehnt) ... mag sein daß das reproduzierbar geht, aber ich zweifele da.

Hab aber am Twingo noch nix mit Kopfdichtung zu tun gehabt, weiß also nicht wie die Kopfschrauben aussehen.

[Broadcasttechniker]

Was die Bauform anbetrifft muss ich Harald recht geben. Wie klassische Dehnschrauben sehen die Dinger nicht aus.
Und das Zitat habe ich nach Hinweis von Manfred aka Passivhaus als solches gekennzeichnet

[passivhaus]

hallo,
der alex aka "donalexo" aus der "Dieselschrauber Community" hat das schon sehr richtig beschrieben.

habe mich hierzu auch schon ausgelassen:

Deshalb sollte er, falls er das nicht so getan hat, auch mit dem Drehmomentschlüssel die Zylinderkopfschrauben nachziehen.

das wäre stochern im trüben...und mit welchem anzugsmoment denn dann?

die problematik beim momentenanzugsverfahren ist die grosse streuung der vorspannkraft, da der grösste teil des aufgebrachten momentes (je nach schmierung 80-90%) in der reibung versickern.

unabhängiger von der reibung wird man, wenn man die gut vorangezogene schraube (ca. 50%) um einen - durch den winkel bestimmten - betrag in der länge so streckt (irreversibel längt), dass man in den plastischen bereich gelangt (der obere flache teil des spannungs-dehnungs-diagrammes).
damit ist auf einfache und zuverlässige weise sichergestellt, dass alle schrauben annähernd gleich vorgespannt sind.
in diesem bereich kann man dann mit nachträglichem momentenanzug nur schaden anrichten, weil das anzugsmoment mit zunehmender streckung (vor dem gewaltbruch) kaum mehr ansteigt.

der begriff "dehnschraube", der eigendlich nirgends genau definiert ist, ist etwas irreführend, da die zk-schrauben ja überdehnt werden.
"streckschraube" wäre wohl treffender; "richtige" dehnschrauben, die i.d.r. einen möglichst langen, verjüngten schaft haben, werden nämlich durchaus wieder verwendet.

würde man die streckgrenze durch kontinuierliches messen beim anziehen genau ermitteln und dann stoppen, könnte man die schrauben auch wiederverwenden.
dieses "streckgrenzgesteuerte anziehverfahren" wird z.b. im flugzeugbau auch angewandt.
mag sogar sein, dass der erfahrene schrauber diesen punkt annähernd im "gefühl" hat - nach fest kommt nämlich erst mal 'ne weile nix... und dann erst... ab.

mit robotermontage hat das winkelgesteuerte anziehen aber eher nix zu tun, auch nicht mit den neuen metaloplastdichtungen, die ein geringeres setzverhalten haben, weshalb sie ja auch nicht nachgezogen werden müssen.

lg - manfred

@ Harald_K
hast recht, dass das keine "klassische Dehnschraube" ist (s.o.)
und die schraube ist nach der verwendung genau so "gestreckt" wie du richtig vermutest. wenn man die schrauben gegeneinander
im gewindegang zusammenlegen will passt das gewinde nämlich nicht mehr ineinander: der im block verschraubte teil bleibt ungestreckt, der rest des gewindes bleibt irreversibel gelängt.

wenn man jetzt mal die längung genau ermitteln würde, könnte man herausfinden, ob man die "streckschrauben" noch mal verwenden kann - was ich auch vermute (ich denke bis zu 3x).

das winkelgesteuerte anziehen ist schon eine einfache möglichkeit die streuung der einzelnen schraubenvorspannkräfte einigermassen gering zu halten, um eine möglichst gleichmässige druckspannung in der dichtung zu gewährleisten,

lg - manfred

[Harald_K]

also wenn die sich wirklich im Gewinde längen, dann kannst du sie nicht nochmals verwenden.

das gedehnte Gewinde wirkt dann nämlich im Gegengewinde im Block genauso als ob die Schraube fest werden würde, aber der Anpreßdruck des Zylinderkopfes paßt nicht mehr.

würde allerdings bei ner Dehnung im Restgewinde von so nem guten halben Millimeter eh davon ausgehen daß die Schraube gleich abreißt - irgendwie ist das Pfusch.

würde aber einfach mal folgenden Test machen: Kann man die alte Schraube leicht ganz in das Blockgewinde eindrehen, spricht nix gegen eine Wiederverwendung - ne Dehnung im Gewinde müßte man dabei merken.

Hab bislang nur an nem E-Motor von Renault ne Kopfdichtung getauscht, und da ist der Anzugswinkel bei beiden Anzügen gleich - denke mal das sind keine Dehnschrauben.

[lelletz]

Wir haben hier bei DEUTZ teilweise Kopfschrauben, die zwar mit Drehwinkel angezogen werden, bei denen es in der technischen Doku heißt, daß sie wiederverwendet werden können, wenn sie eine gewisse Länge nicht überschritten haben!
Das bedeutet, daß siech die Schrauben durchaus plastisch verformen dürfen und dennoch wieder benutz werden dürfen.
Das gilt übrigens nicht für alle DEUTZ Motoren, man kann es folglich nicht verallgemeinern!
Wenn es zugelassenist, dann beträgt das zulässige Maß einmal 0,5 mm einmal 0,8 mm und auch mal bis zu 1,5 mm!

Ergo wäre bei unseren Renault Motörchen zu prüfen, was der Hersteller zulässt.
Interessant wäre natürlich zu messen wie lang eine neue Schraube ist und wie lang die ausgebaute.
Wenn sie wirklich garkeine Längung hat, dan sollte der Wiederverwendung nichts entgegenstehen, es sei denn man sieht Korrosion!

[evil twinGo]

Mhh... Die Kopfschrauben aus meinem Motor haben alle 103mm +/- 0,1mm. Die neuen haben alle 103mm. Nur so nebenbei.

[passivhaus]

also wenn die sich wirklich im Gewinde längen, dann kannst du sie nicht nochmals verwenden.

das gedehnte Gewinde wirkt dann nämlich im Gegengewinde im Block genauso als ob die Schraube fest werden würde,

der teil der schraube im gewindeblock wird nicht streckt (der block ist ungleich steifer als der bolzen)

würde allerdings bei ner Dehnung im Restgewinde von so nem guten halben Millimeter eh davon ausgehen daß die Schraube gleich abreißt - irgendwie ist das Pfusch.

halber milli (haste super getroffen) auf ca 60 mm gewinde ist gar nix.
pfusch ist das nicht, sondern clevere nutzung von gesicherten materialeigenschaften.

würde aber einfach mal folgenden Test machen: Kann man die alte Schraube leicht ganz in das Blockgewinde eindrehen, spricht nix gegen eine Wiederverwendung - ne Dehnung im Gewinde müßte man dabei merken.

danach könntest du sie immer wieder verwenden (s.o. - der eingeschraubte gewindeteil längt sich nicht).

habe mir heute mal meine alten schrauben angeschaut und gemessen.
die streckung beträgt wie von Harald_K treffsicher benannt ca. 0,5 mm auf einer restgewindelänge von gut 50 mm, also ca 1%.
wären es "weiche" Schrauben, wie auch donalexo es beschrieben hat, könnte man sie noch mehrmals verwenden (bruchdehnung 25%).
es sind aber wider erwarten 10.9 schrauben mit weitaus geringerer bruchdehnung (9%) und ohne ausgeprägte streckgrenze mit lüdersdehnung.
einmalige wiederverwendung sollte aber auch unter berücksichtigung der betriebskräfte, kerbspannungen, und sonstiger unwägbarkeiten noch weit ausreichende sicherheit haben.

schade nur dass das M9 er gewinde sind (wo ich keine muttern habe) sonst hätte ich mal interesshalber eine weitergestreckt und zerrissen.

lg - manfred

[9eor9]

M9er Muttern gibt es beim Citroen-Händler. Ich habe sowas mal gebraucht für eine Kurbelwelle, deren M10x1,25 beschädigt war und das ich nachgedreht oder nachgeschnitten hatte.

Ich hatte mir gedacht bei Citroen könnte ich mal nach sowas fragen - und BINGO.

[Harald_K]

@passivhaus:

der halbe Millimeter ergibt sich aus so ner typischen 1,25er Steigung und 200 Grad Anzugswinkel.

jetzt zum "Wiedereindrehtest" - hatte mir gedacht, wenn sich das freie Gewinde längt wird ja die Schraube länger, mithin muß sie weiter in den Block eingedreht werden bis der Kopf anliegt ... dann biste da aber schon im gelängten Gewinde und müßtest das beim völligen Eindrehen der Schraube (natürlich ohne aufgesetzten Kopf) an verändertem Spiel/Klappern oder gar Festwerden wegen unpassender Steigung merken ...

[passivhaus]

der halbe Millimeter ergibt sich aus so ner typischen 1,25er Steigung und 200 Grad Anzugswinkel.

stimmt! könnte man draufkommen. das gewinde hat im übrigen sogar die steigung 1,25

zum eindrehen: dass die schraube klemmt wird man aber erst nach 3-4 umdrehungen merken; die gewinde haben ja etwas spiel.
ich weiss nicht ob das sackgewinde so viel zulässt. ich denke eher, dass zu prüfen wäre ob man die schraube nicht was kürzen müsste, damit sie nicht vorher aufsitzt.

man sieht die längung aber ganz einfach mit blossem auge, wenn man zwei bolzen mit dem gewinde gegeneinander zu verkämmen versucht. bis 20-25 mm klappt das einwandfrei, danach ist die verzahnung - da eingedreht auf nichteingedreht trifft - nicht mehr kompatibel. im gegenlicht mit lupe kann man die zähneverschiebung wie mit einem nonius gut abschätzen und kommt so auf den knappen halben mm.

@ evil twinGo
da wohl fertigungstoleranzen (auch noch anderer hersteller) vorhanden sind, kann man eine längung so nicht sicher beurteilen.
halte einfach mal die gewinde alt/neu im gegenlicht zusammen.

@9eor9
meinst, da krieg ich auch 'ne langmutter? eine normale würde die prozedur nicht aushalten.
du bist ja gut sortiert 9er schneideisen hat wohl nicht jeder.

lg - manfred

[Twingo Pi]

Mhh... Die Kopfschrauben aus meinem Motor haben alle 103mm +/- 0,1mm. Die neuen haben alle 103mm. Nur so nebenbei.

Gut zu wissen. Wenn wir das nächste mal bei uns den Kopf wieder runter machen werden wir die Schrauben nachmessen. Haben die Schrauben auch wiederverwendet, und ich hab sie "bissle" stärker angezogen als Vorgabe

[passivhaus]

ich hab sie "bissle" stärker angezogen als Vorgabe

das ist nicht sinnvoll! der winkelanzug ist so ausgelegt, dass die schraube auf jeden fall in den streckbereich kommt....und damit ist's perfekt.
wenn du dann eine schon mal gestreckte schraube ein weiteres mal streckst, und diese streckung auch noch erhöhst, kommst du dem ende der schraube halt immer näher.

lg - manfred