- Dehnschrauben, auch Torque-to-Yield genannt, werden beim Anzug bewusst über die Streckgrenze hinaus gedehnt.
- Sie verformen sich dabei dauerhaft und dürfen deshalb nur ein einziges Mal verwendet werden.
- Das Anzugsverfahren besteht aus einem Anzugsmoment plus einem definierten Drehwinkel.
- Herstellervorgabe, kalibrierter Drehmomentschlüssel und Drehwinkelmesser sind zwingend.
- Betroffen sind sicherheits- und festigkeitsrelevante Verbindungen wie Zylinderkopf, Pleuel und Fahrwerk.
Das Prinzip der Dehnschraube
Eine Schraubverbindung hält durch die Vorspannkraft, mit der die Schraube die verbundenen Bauteile zusammenpresst. Bei klassischen Schrauben wird diese Kraft über ein festes Anzugsmoment eingestellt, und die Schraube bleibt im elastischen Bereich. Sie federt nach dem Lösen wieder in ihre Ausgangslänge zurück.
Eine Dehnschraube arbeitet anders. Sie wird gezielt bis an ihre Streckgrenze und darüber hinaus angezogen. In diesem Bereich verhält sich der Werkstoff plastisch: Die Schraube längt sich dauerhaft. Der englische Fachbegriff Torque-to-Yield beschreibt genau das, ein Anzug bis zum Fließen des Materials.
Der Vorteil liegt in einer sehr gleichmäßigen und hohen Vorspannkraft über alle Schrauben einer Verbindung hinweg. Gerade beim Zylinderkopf ist diese Gleichmäßigkeit entscheidend, damit die Kopfdichtung über die gesamte Fläche sauber abdichtet.
Warum nur eine einmalige Verwendung zulässig ist
Weil die Schraube beim ersten Anzug plastisch verformt wurde, ist ihr Werkstoff bereits verbraucht. Eine bereits gedehnte Schraube hat einen reduzierten Querschnitt und eine veränderte Materialstruktur. Zieht man sie ein zweites Mal an, erreicht sie die geforderte Vorspannkraft nicht mehr zuverlässig oder reißt beim Anzug ab.
Eine gerissene Zylinderkopfschraube oder eine Fahrwerksverbindung, die ihre Klemmkraft verliert, ist ein ernstes Sicherheitsrisiko. Aus diesem Grund schreiben die Hersteller den Austausch dieser Schrauben bei jeder Demontage vor. Das ist keine Vorsichtsmaßnahme aus Bequemlichkeit, sondern eine technische Notwendigkeit. Wer hier am falschen Bauteil festhält, gefährdet die gesamte Reparatur und den Werterhalt des Fahrzeugs.
Anzugsmoment plus Drehwinkel
Der Anzug einer Dehnschraube erfolgt in mindestens zwei Stufen:
- Vorspannmoment: Mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel wird ein vom Hersteller festgelegtes Grundmoment angezogen, zum Beispiel 40 Newtonmeter. Damit werden alle Schrauben auf ein gemeinsames Ausgangsniveau gebracht.
- Drehwinkel: Anschließend wird die Schraube um einen definierten Winkel weitergedreht, etwa zweimal 90 Grad. Dieser Winkel erzeugt die eigentliche Dehnung und damit die hohe Vorspannkraft. Gemessen wird er mit einem Drehwinkelmesser, nicht nach Gefühl.
Der Grund für dieses zweistufige Verfahren liegt in der Physik der plastischen Verformung. Im plastischen Bereich steigt die Kraft kaum noch mit dem Drehmoment, aber sehr gut messbar mit dem Drehwinkel. Über den Winkel lässt sich die Längung der Schraube und damit die Klemmkraft viel genauer und reproduzierbarer einstellen als über ein reines Drehmoment. Reibungsschwankungen im Gewinde, die ein reines Momentverfahren verfälschen würden, spielen beim Winkelverfahren eine deutlich geringere Rolle.
Wichtig ist auch die vorgeschriebene Reihenfolge. Zylinderkopfschrauben werden in einem festgelegten Muster von innen nach außen angezogen, damit sich der Kopf gleichmäßig setzt und nicht verzieht.
Für Techniker: Warum der Drehwinkel reproduzierbarer ist als das Moment
Beim reinen Drehmomentverfahren geht ein erheblicher Teil des aufgebrachten Moments in die Reibung verloren – im Gewinde und unter dem Schraubenkopf. Nur ein Bruchteil wird tatsächlich in Vorspannkraft umgesetzt. Schwanken die Reibungsverhältnisse, etwa durch unterschiedliche Oberflächen, Schmierzustand oder Verschmutzung, schwankt bei gleichem Anzugsmoment auch die erreichte Vorspannkraft erheblich. Das ist der Grund, warum ein reines Momentverfahren bei hochbelasteten Verbindungen zu ungenau ist.
Das winkelgesteuerte Verfahren umgeht dieses Problem. Nach dem Aufbringen eines Vorspannmoments, das nur dazu dient, alle Schrauben auf ein gemeinsames Ausgangsniveau zu bringen und das Bauteilpaket zu setzen, bestimmt der weitergedrehte Winkel direkt die Längung der Schraube. Die Längung wiederum ist über die elastisch-plastische Kennlinie eng mit der Klemmkraft verknüpft. Da der Winkel unabhängig von der Reibung gemessen wird, entsteht über alle Schrauben hinweg eine sehr gleichmäßige Vorspannung. Diese Gleichmäßigkeit ist beim Zylinderkopf entscheidend, damit die Kopfdichtung über die gesamte Fläche denselben Flächendruck erfährt. Vorbedingung ist, dass die Schraube im plastischen Bereich arbeitet – nur dort verläuft die Kennlinie flach genug, dass kleine Streuungen im Material zu geringen Streuungen in der Kraft führen.
Wo Dehnschrauben eingesetzt werden
Dehnschrauben finden sich überall dort, wo eine hohe und gleichmäßige Vorspannkraft sicherheits- oder festigkeitsentscheidend ist:
- Zylinderkopfschrauben: Sie müssen die Kopfdichtung über die gesamte Fläche gegen Verbrennungsdruck und Kühlmitteldruck abdichten.
- Pleuelschrauben: Sie halten die Lagerdeckel der Kurbelwelle und sind höchsten dynamischen Belastungen ausgesetzt.
- Hauptlagerdeckel: Sie sichern die Lagerung der Kurbelwelle im Motorblock.
- Fahrwerksverbindungen: Querlenker, Achsschenkel und Antriebswellenschrauben sind teils als Dehnschrauben ausgeführt, weil hier Sicherheit unmittelbar betroffen ist.
In jedem dieser Fälle gilt: Werden die Schrauben gelöst, werden sie ersetzt. Die genaue Vorgabe zu Moment, Winkel und Reihenfolge entnehmen wir den Reparaturdaten des Herstellers für das jeweilige Modell.
Warum Herstellervorgabe und kalibriertes Werkzeug zwingend sind
Jeder Motor und jede Achse hat eigene Werte. Ein Zylinderkopf aus Aluminium auf einem Block aus Grauguss verhält sich bei Temperatur anders als ein gleichartiger Werkstoffverbund. Deshalb gibt es kein allgemeingültiges Anzugsschema, sondern modellspezifische Vorgaben.
Diese Werte sind nur über die technischen Daten des Herstellers verlässlich abrufbar. Wir arbeiten daher mit den Reparaturdaten aus den Herstellersystemen und mit regelmäßig kalibriertem Werkzeug. Ein Drehmomentschlüssel, dessen Kalibrierung nicht stimmt, liefert ein scheinbar korrektes Ergebnis bei tatsächlich falscher Vorspannung. Bei festigkeitsrelevanten Verbindungen ist das nicht hinnehmbar.
Häufige Fehler in der Praxis
In der Werkstattpraxis führen vor allem drei Punkte zu Schäden an Dehnschraubverbindungen. Erstens die Wiederverwendung bereits gedehnter Schrauben aus Sparsamkeit – ein Vorgehen, das die Klemmkraft und damit die Dichtheit oder Festigkeit der Verbindung untergräbt. Zweitens das Anziehen nach Gefühl ohne Drehwinkelmesser, wodurch die eigentliche Vorspannstufe unkontrolliert bleibt. Drittens das Ignorieren der vorgeschriebenen Anzugsreihenfolge, was bei Zylinderköpfen zu Verzug und ungleichmäßiger Pressung der Dichtung führt.
Jeder dieser Fehler bleibt zunächst unsichtbar und zeigt sich erst später als undichte Kopfdichtung, als Geräusch oder im schlimmsten Fall als gelöste Verbindung. Eine fachgerechte Reparatur folgt deshalb konsequent der Herstellervorgabe zu Bauteil, Moment, Winkel und Reihenfolge – ohne Abkürzung.
Die korrekte Verschraubung gehört für uns zur gleichen Sorgfaltsebene wie die anschließende elektronische Instandsetzung, etwa die anschließende Adaption nach Eingriffen an der Motorperipherie, die wir unter Steuergeräte-Adaption als Werkstattstandard beschreiben. Mechanische Präzision und elektronische Präzision bilden zusammen eine fachgerechte Reparatur.
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