Montagepaste macht die Vorspannkraft nicht unsicher

Schmierstoff oder Schleifmittel?

Das ist die am häufigsten gestellte Frage, und sie hat eine klare Antwort, an der die meisten Diskussionen vorbeigehen.

Eine Montagepaste (Anti-Seize) ist ein Trägeröl oder -fett, in dem Festschmierstoffe verteilt sind, dazu Verdicker und Korrosionsinhibitoren. Die Feststoffe unterscheiden sich je nach Produkt: Eine verbreitete Rezeptur nennt Graphit, Kupferflocken, Aluminiumpulver und Zinkoxid; eine Nickelqualität nennt 20 % reine Nickelflocken in einem Hochtemperaturträger; eine Molybdänpaste kann über 60 % MoS₂ enthalten. Die Hersteller nennen diese Stoffe Festschmierstoffe — sie bilden einen Trennfilm, verringern Stick-Slip und unterdrücken Reibkorrosion, Fressen und Festsitzen.

Was sie mit der Zahl macht

Veröffentlichte Werte, jeweils bezogen auf ein Produkt und eine Prüfung:

Gegenüber diesem Referenzwert gibt der Kupfer-Graphit-Hersteller an, dass sich dieselbe Klemmkraft mit bis zu 30 % weniger Drehmoment erreichen lässt. Die Rechnung geht auf: 0,13 ÷ 0,185 = 0,703, also 29,7 %.

Eine Falle beim Lesen dieser Datenblätter: Dasselbe Produkt nennt auch einen Reibwert aus dem Vierkugeltest von 0,06. Das ist nicht der Mutternfaktor einer Schraube, und die beiden sind nicht austauschbar.

Warum es keinen allgemeingültigen Prozentsatz gibt

Es liegt nahe, „30 %“ als Regel mitzunehmen. Eine Regel ist es nicht.

Die veröffentlichten Mutternfaktoren für Montagepasten reichen bereits von etwa 0,13–0,16, und das Datenblatt eines großen Herstellers für seine eigene Montagepaste weist an, die normalen Drehmomentwerte anzuwenden — und verbietet das Produkt an anderer Stelle für Radmuttern und Radbolzen ganz. Zwei Hersteller, zwei verschiedene Anweisungen, beide richtig für das jeweils eigene Produkt.

Stattdessen empfiehlt die Norm, den Zusammenhang für den tatsächlichen Schmierstoff, Werkstoff, die Größe, Beschichtung und Temperatur zu ermitteln — oder die Vorspannkraft nicht mehr aus dem Drehmoment abzuleiten, sondern zu messen, mit einer Kraftmessdose, einer instrumentierten Schraube oder per Ultraschall-Längenmessung.

Die Korrektur, die wir vornehmen mussten

Wir hatten diesen Beitrag um einen sauberen Zielkonflikt herum entworfen: Montagepaste erkauft spätere Demontierbarkeit mit Unsicherheit beim Anziehen. Die zweite Hälfte ist falsch.

ASME PCC-1 sagt das Gegenteil: Wird ein festgelegter Schmierstoff gleichmäßig aufgetragen, wird der Mutternfaktor gleichmäßiger, was die Lastverteilung zwischen den Schrauben verbessert. Kontrollierte Schmierung bringt beides: die Demontierbarkeit und die engere Streuung.

Die ehrliche Aussage ist also enger und nützlicher: Montagepaste verändert und definiert den Reibungszustand neu. Wurde der Drehmomentwert nicht für dieses Produkt und diese Auftragsweise kalibriert, stellt sich die angenommene Vorspannkraft nicht mehr ein. Die Unsicherheit kommt von der Diskrepanz, nicht von der Paste.

Das ist dieselbe Schlussfolgerung wie in ein Drehmomentwert setzt einen Reibungszustand voraus, nur aus der anderen Richtung erreicht. Reibung ist nicht der Feind. Nicht dokumentierte Reibung ist es.

Wo die Spezifikation sie vorschreibt

Wäre Montagepaste schlicht gefährlich, würde keine Spezifikation sie verlangen. Spezifikationen tun es aber, und die lehrreichen Fälle koppeln sie an einen Drehmomentwert.

• Die Wartungsanleitung eines Armaturenherstellers für ein Ventil lässt das Gewinde der Stopfbuchsmutter reichlich mit Montagepaste einstreichen und dann nach einer Tabelle auf derselben Seite anziehen — 55–60 ft·lb für eine Größe. Drehmomentwert und Paste werden zusammen vorgegeben.
• Ein Sicherheitsrückruf für Fahrzeuge verlangte bei bestimmten Fahrzeugen eine dünne Schicht Hochtemperatur-Nickelpaste auf der Anlagefläche zwischen Bremsscheibe und Radnabe — und verbot ausdrücklich, dass sie auf das Gewinde der Radbolzen gelangt.

Der zweite Fall ist das schärfste Beispiel auf dieser Seite. Zwei Flächen, wenige Millimeter voneinander entfernt: Die eine soll die Paste erhalten, die andere soll sauber bleiben. Nur eine davon liegt im Reibungspfad des Anziehens.

Die Bremsscheibenfläche, sorgfältig betrachtet

Die Frage nach der Bremsscheibe wird oft gestellt und verdient Genauigkeit.

Die Anlagefläche zwischen Scheibe und Nabe ist keine der beiden drehenden Reibflächen, die den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Vorspannkraft bestimmen — das sind die Gewindeflanken und die Auflagefläche unter Mutter oder Kopf. Ein Film dort verändert die Umrechnung von Drehmoment in Vorspannkraft also nicht so, wie es eine Gewindeschmierung tut, sofern er dort bleibt, wo er aufgetragen wurde.

Das heißt nicht, dass er mechanisch bedeutungslos wäre. Es ist nach wie vor eine geklemmte, lastübertragende Fügefläche, und die Hersteller legen genau fest, was darauf darf. Der oben genannte Rückruf verlangte, dass die Paste frei von Schmutz und Rost ist, weil Fremdkörper dort einen übermäßigen Schlag der Bremsscheibe verursachen können — und andere Hersteller beschränken die Paste auf die Zentrierbohrung des Rads und halten sie von der Anlagefläche ganz fern.

Die Antwort lautet also weder ja noch nein. Sie hängt von der Fläche und vom Hersteller ab, und die nützliche Frage ist, welche Fläche die Anweisung tatsächlich nennt.

Was daraus folgt

Daraus ergeben sich drei Dinge, und keines davon ist ein Prozentsatz:

1. Nennt eine Spezifikation eine Paste, verwenden Sie genau diese, genau dort, und mit ihrem Drehmoment. Wert und Paste wurden als Paar vorgegeben.
2. Ist nichts festgelegt, bedeutet das Auftragen von Montagepaste, dass der vorhandene Drehmomentwert nicht mehr der Vorspannkraft entspricht, für die er geschrieben wurde. Ermitteln Sie entweder den Zusammenhang für Ihre Kombination oder messen Sie die Vorspannkraft direkt.
3. Gleichmäßigkeit ist so viel wert wie der Wert selbst. Die Norm betont, dass ein festgelegter Schmierstoff, der jedes Mal gleich aufgetragen wird, die Streuung verringert — und genau das brauchte eine Verbindung oft.

Wie der zugrunde liegende Zusammenhang funktioniert, steht in Drehmoment und Klemmkraft; warum eine geänderte Oberfläche die Verbindung verändert, ohne die Zahl zu ändern, steht in ein Drehmomentwert setzt einen Reibungszustand voraus; und das Festfressen, gegen das Montagepaste überhaupt erst gedacht ist, steht in warum Edelstahl frisst.

Eine Beschichtung verändert denselben Reibungsterm, bevor überhaupt eine Paste aufgetragen wird; deshalb gehören die Wahl der Oberfläche und galvanische Beschichtung und Gewindetoleranz zu derselben Entscheidung wie diese.

Vorher stellt sich die Frage, was auf dem Verbindungselement war, bevor irgendetwas aufgetragen wurde. Die Norm mit den allgemeinen Anforderungen macht sauber und leicht geölt zum Standard-Lieferzustand und sagt dann überhaupt nichts darüber, wie viel.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 5: Oberfläche. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Ist Montagepaste ein Schmierstoff oder ein Schleifmittel?

Ein Schmierstoff. Sie ist ein Trägeröl oder -fett mit darin verteilten Festschmierstoffen — je nach Qualität Graphit, Kupfer, Aluminium, Nickel oder Molybdändisulfid — sowie Verdickern und Korrosionsinhibitoren. Die Hersteller beschreiben, dass diese Feststoffe einen Trennfilm bilden, der Stick-Slip verringert und Reibkorrosion, Fressen und Festsitzen unterdrückt. Das Wort abrasiv erscheint in ASME PCC-1 in anderem Zusammenhang: Rost, Lackabplatzungen und Sand, also Verunreinigungen und keine rezeptierten Feststoffe.

Um wie viel sollte ich das Drehmoment mit Montagepaste verringern?

Einen allgemeingültigen Wert gibt es nicht. Ein Kupfer-Graphit-Produkt veröffentlicht einen Mutternfaktor von 0,13 gegenüber einem ungeschmierten Referenzwert für Kohlenstoffstahl von 0,185 und nennt bis zu 30 % weniger Drehmoment für dieselbe Klemmkraft. Die veröffentlichten Mutternfaktoren verschiedener Produkte reichen von etwa 0,13 bis 0,16, und ein anderer großer Hersteller weist an, mit seinem Produkt die normalen Drehmomentwerte anzuwenden, verbietet es aber an Radmuttern. Folgen Sie der Anweisung für das Produkt, das Sie tatsächlich verwenden.

Macht Montagepaste die Vorspannkraft unberechenbar?

Nicht von sich aus. ASME PCC-1 stellt fest, dass ein gleichmäßig aufgetragener, festgelegter Schmierstoff den Mutternfaktor gleichmäßiger macht, was die Lastverteilung zwischen den Schrauben verbessert. Die Unsicherheit entsteht aus einer Diskrepanz: Wurde der Drehmomentwert nicht für dieses Produkt und diese Auftragsweise kalibriert, stellt sich die angenommene Vorspannkraft nicht mehr ein. Nicht die Reibung ist das Problem, sondern nicht dokumentierte Reibung.

Gehört Montagepaste auf die Rückseite einer Bremsscheibe?

Das hängt vom Fahrzeug und von der genannten Fläche ab. Ein Sicherheitsrückruf verlangte bei bestimmten Fahrzeugen eine dünne Schicht Hochtemperatur-Nickelpaste auf der Anlagefläche zwischen Bremsscheibe und Nabe und verbot sie ausdrücklich auf dem Gewinde der Radbolzen. Andere Hersteller beschränken sie auf die Zentrierbohrung des Rads und halten sie von der Anlagefläche fern. Die Scheibenfläche gehört nicht zu den drehenden Reibflächen, die das Verhältnis von Drehmoment zu Vorspannkraft bestimmen, ist aber eine geklemmte Fügefläche, und Fremdkörper dort können übermäßigen Schlag verursachen.

Warum schwanken veröffentlichte Mutternfaktoren so stark?

Weil der Mutternfaktor eine Eigenschaft des gesamten Montagezustands ist und nicht der Paste. ASME PCC-1 dokumentiert einen einzelnen Schmierstoff, dessen Mutternfaktor sich über einen Prüfbereich von 0 bis 40 Grad Celsius von 0,155 auf 0,105 veränderte, eine Schwankung von 50 % allein durch die Temperatur, mit derselben Paste und denselben Teilen. Deshalb empfiehlt die Norm, den Zusammenhang für den eigenen Schmierstoff, Werkstoff, die Größe, Beschichtung und Temperatur zu ermitteln oder die Vorspannkraft direkt zu messen.

Quellen

• ASME PCC-1 — Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly: abrasive Verunreinigungen, Gleichmäßigkeit des Schmierstoffs und Anhang K zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Drehmoment und Vorspannkraft
• Technische Datenblätter der Hersteller von Montagepasten (Mutternfaktoren, Zusammensetzung, Anwendungshinweise und Verbote)
• Sicherheitsrückruf für Fahrzeuge, der Nickel-Montagepaste auf der Anlagefläche zwischen Bremsscheibe und Nabe verlangt und sie auf dem Gewinde der Radbolzen verbietet
• Wartungsanleitung eines Armaturenherstellers für ein Ventil, die Montagepaste mit einer Drehmomenttabelle koppelt
• „Is Anti-Seize a lubricant, abrasive, or both?“ und verwandte Fragen, Mechanics Stack Exchange

Diese Seite erklärt einen Zusammenhang und führt veröffentlichte Anweisungen als Beispiele an. Für jede konkrete Verbindung ist die Spezifikation des Geräte- oder Fahrzeugherstellers maßgebend.