Die erste Schraubenspezifikation war eine Regel, Nieten Stück für Stück zu ersetzen

Diese Seite erhebt nicht, wer heute noch Nieten verwendet, und sie gibt keinerlei Hinweise für Ausführung oder Bemessung. Sie liest die Aktenspur eines einzigen Ersatzes nach, in einer Spezifikation, die kostenlos herunterzuladen ist und deren Kommentar die Jahreszahlen festhält.

Die Schraube kam als Ersatzregel

Man lese diesen ersten Satz noch einmal und achte darauf, was er nicht enthält. Keine Festigkeitsrechnung. Keinen Lastpfad. Keine neue Verbindungskategorie. Drei Bedingungen und sonst nichts, so zählen wir: die gleiche Anzahl Schrauben, derselbe Nenndurchmesser, an der Stelle eines benannten Nietstahls. Was immer die genietete Verbindung leisten sollte, die geschraubte durfte es leisten, weil sie gleich aussah.

Das ist ein bemerkenswert bescheidener Weg, auf dem ein Verbindungselement in eine Branche gelangt. Bei näherem Hinsehen war es auch der einzig mögliche. Niemand musste überzeugt werden, dass die Verbindung funktionierte. Überzeugt werden musste man davon, dass das Neue dort stehen konnte, wo das Alte gestanden hatte.

Zwei weitere Anforderungen gehörten dazu, und sie wiegen schwerer, als es aussieht. Alle Schrauben mussten vorgespannt und alle Kontaktflächen frei von Anstrich sein; der Kommentar weist darauf hin, dass die Regel von 1951 damit „nach heutiger Definition die Anforderungen an eine gleitfeste Verbindung erfüllte“. In ihrer ersten Ausgabe war jede einzelne Schraubverbindung, die die Spezifikation zuließ, von der Art, die wir heute die strenge nennen würden.

Drei Jahre später verschob sich der Normalfall

Mit der Überarbeitung von 1954 galt die Forderung nach anstrichfreien Flächen nur noch für „Verbindungen mit Spannungsumkehr, Stoß oder Schwingung sowie für Fälle, in denen eine Spannungsumlagerung durch Gleiten der Verbindung unerwünscht wäre“. Der Kommentar begründet das in einer Zeile: Die Lockerung erkannte an, dass in vielen Anwendungen „eine Bewegung der verbundenen Teile, die die Schrauben zum Anliegen an den Lochwandungen bringt, in keiner Weise schädlich ist“.

Also teilte sich die Verbindung in Arten auf, und diese bekamen Namen. Bearing type. Friction type. Direct tension.

Diese Namen hielten bis 1985; dann änderte dieselbe Spezifikation sie in shear/bearing, slip-critical und direct tension, und im selben Zug wurde für viele shear/bearing-Verbindungen der Einbau im snug-tight-Zustand zugelassen.

Legt man die beiden Enden nebeneinander, und das ist unsere Rechnung, nicht die des Dokuments: 1951 musste jede Schraubverbindung auf blankem Stahl vorgespannt werden. 1985, vierunddreißig Jahre später, durfte eine große Gruppe von ihnen mit Handkraft angezogen und so belassen werden. Was diese beiden Zustände im Einzelnen bedeuten, behandelt diese Website an anderer Stelle, in der Definition von snug-tight und in dem, was eine gleitfeste Verbindung tatsächlich ist; beides wird hier nicht wiederholt.

Die Drehmomenttabelle hielt drei Jahre

Die erste Ausgabe brachte noch etwas anderes mit, und dessen Lebensdauer ist auf das Jahr genau dokumentiert.

Veröffentlicht, drei Jahre später aufgrund von Belegen zurückgezogen. Der Kommentar zählt auch auf, was die Beziehung verschiebt. Sieben Punkte, und beim sechsten lohnt es sich innezuhalten.

• Oberfläche und Toleranz der Gewinde von Schraube und Mutter
• Gleichmäßigkeit, Ausmaß und Zustand der Schmierung
• Bedingungen in Werkstatt oder Baustelle, die Staub, Schmutz oder Korrosion auf die Gewinde oder die Kontaktflächen von Mutter und Scheibe bringen
• Die Reibung zwischen dem gedrehten Teil und der Auflagefläche
• Die schwankende Luftversorgung von Druckluft-Schlagschraubern, je nach Schlauchlänge oder Zahl der Schrauber an einer Quelle
• Zustand, Schmierung und Energieversorgung des Drehmomentschlüssels, „die sich innerhalb einer Arbeitsschicht ändern können“
• Die Wiederholbarkeit jedes Schlüssels, der das aufgebrachte Drehmoment erfasst oder darauf reagiert

Das Verfahren selbst hatte ein längeres und seltsameres Leben. Die Anerkennung des Verfahrens mit kalibriertem Schlüssel blieb bis 1980 bestehen, unter der Bedingung, dass das Montagedrehmoment für die jeweiligen Schrauben täglich ermittelt wird. Dann wurde es 1980 zurückgezogen, und der Kommentar sagt ungewöhnlich offen, warum: „wegen der anhaltenden Kontroverse, die daraus entstand, dass Anwender die Voraussetzungen für die zulässige Anwendung des Verfahrens nicht einhielten“, sowohl beim Einbau als auch bei der Prüfung. 1985 wurde es wieder aufgenommen, mit fünf getrennten Anlässen für eine Neukalibrierung: täglich, bei jedem Loswechsel eines Garniturteils, bei jedem Nachschmieren, bei deutlichen Unterschieden im Oberflächenzustand von Gewinden, Muttern oder Scheiben und bei jeder Änderung an einem Hauptteil des Schlüssels einschließlich Schmierung, Schlauch und Luftversorgung.

Ein Verfahren, zurückgezogen nicht, weil es falsch war, sondern weil man sich nicht daran hielt, und fünf Jahre später mit schärfer formulierten Bedingungen zurückgeholt. Dass eine Spezifikation das offen ausspricht, findet man selten. Es ist dasselbe Misstrauen gegenüber einem Drehmomentwert, das in einem ganz anderen Regelwerk auftaucht, in dem die US-Bundesnorm für Elektrik überhaupt keinen Drehmomentwert nennt.

Der Nietstahl trägt ein Datum

Die Nieten in jenem Satz von 1951 waren ein benannter Werkstoff, und eine Fußnote auf derselben Seite verfolgt sie bis zum Ende.

Sechzehn Jahre liegen nach unserer Subtraktion zwischen der Regel, die eine Schraube an die Stelle dieser Niete treten ließ, und der Zurückziehung der Norm, die den Nietstahl definierte. Den heutigen Status der Nachfolgebezeichnung konnten wir nicht bestätigen. Die Seite des Herausgebers dazu ließ sich bei uns nicht laden, und statt zu wiederholen, was anderswo darüber gesagt wird, lassen wir es als Lücke stehen.

Auf hundertachtzehn Seiten kommt das Wort einmal vor

Wir haben die gesamte aktuelle Spezifikation nach dem Wort durchsucht. Diese Zählung ist unsere.

Hundertachtzehn Seiten, achtzehn aufeinanderfolgende Ausgaben seit 1951, und das, wogegen das ganze Unterfangen ursprünglich definiert wurde, überlebt in einem historischen Satz und einem Buchtitel. Das ist kein Beleg dafür, dass niemand mehr nietet, und das behaupten wir auch nicht. Es ist eine Aussage über ein Dokument: Die Spezifikation, die als Erlaubnis begann, Nieten zu ersetzen, hat zu ihnen keine Arbeitsbeziehung mehr.

Eine Kleinigkeit, in der das Dokument nicht mit sich übereinstimmt

Das Vorwort nennt das Dokument von 1951 Specification for Assembly of Structural Joints Using High Tensile Steel Bolts. Der Kommentar zu Abschnitt 4, der dieselbe erste Ausgabe zitiert, nennt es Specification for Assembly of Structural Joints Using High-Strength Bolts.

Zwei Namen für ein Dokument, vierundvierzig Seiten auseinander, in derselben Datei. Wir wissen nicht, welcher der historische Titel war, und diese Seite rät nicht. Festhalten sollte man es trotzdem, denn wer die Ausgabe von 1951 über ihren Namen sucht, findet je nachdem, welchen Satz er zuerst liest, Unterschiedliches.

Was daraus folgt

• Die erste Spezifikation vom Januar 1951 erlaubte, warm geschlagene A141-Nieten durch die gleiche Anzahl A325-Schrauben desselben Nenndurchmessers zu ersetzen. Das war alles
• Sie verlangte außerdem, jede Schraube vorzuspannen und jede Kontaktfläche anstrichfrei zu halten; laut Kommentar entsprach das der heutigen Definition einer gleitfesten Verbindung
• 1954 wurde das eingeschränkt auf Verbindungen mit Spannungsumkehr, Stoß oder Schwingung oder solche, bei denen eine Spannungsumlagerung durch Gleiten unerwünscht wäre, und die drei Verbindungsnamen erschienen
• 1985 wurden sie umbenannt und für viele shear/bearing-Verbindungen der Einbau im snug-tight-Zustand zugelassen, vierunddreißig Jahre nach dem strengen Normalfall
• Die Tabelle von 1951 für Drehmoment und Vorspannkraft wurde 1954 zurückgezogen, nachdem die Forschung eine Streuung von bis zu plus/minus vierzig Prozent gezeigt hatte, sofern die Beziehung nicht je Los, Durchmesser und Zustand der Garniturteile ermittelt wird
• Sieben Größen beeinflussen diese Beziehung, darunter der Drehmomentschlüssel selbst, der sich innerhalb einer Arbeitsschicht ändern kann
• Das Verfahren mit kalibriertem Schlüssel wurde 1980 zurückgezogen, weil Anwender seine Bedingungen nicht einhielten, und 1985 mit fünf Anlässen zur Neukalibrierung wieder aufgenommen
• Die Norm für den Nietstahl wurde 1967 zurückgezogen und wurde zu einem Grade einer Nachfolgebezeichnung, deren heutigen Status wir nicht bestätigen konnten
• In der Ausgabe von 2020 erscheint das Wort rivet einmal, im Satz über 1951

Die Frage war, ob noch warm genietet wird. Das Dokument kann das nicht beantworten, und wir auch nicht. Es sagt etwas Besseres: Die Schraube hat keinen Streit darüber gewonnen, welches Verbindungselement fester ist. Sie durfte, Stück für Stück, dort stehen, wo eine Niete stand, und brauchte dann vierunddreißig Jahre, um herauszufinden, was sie tatsächlich sein durfte.

Dieselbe Spezifikation beschreibt ihre eigenen Grenzen auch an anderer Stelle ungewöhnlich bereitwillig. Ihr Abschnitt zur Klärung eines Streits über eine eingebaute Schraube legt ein Verfahren fest und zählt dann die Gründe auf, aus denen es gute Schrauben verwerfen und schlechte annehmen kann.

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Was stand tatsächlich in der ersten Spezifikation für hochfeste Schrauben?

Der Kommentar zur aktuellen Ausgabe beschreibt es. Bei ihrer ersten Genehmigung im Januar 1951 erlaubte die Spezifikation lediglich, warm geschlagene Stahlnieten nach ASTM A141 durch die gleiche Anzahl Schrauben nach ASTM A325 desselben Nenndurchmessers zu ersetzen. Außerdem verlangte sie, alle Schrauben vorzuspannen und alle Kontaktflächen anstrichfrei zu halten.

Warum ist das wichtig?

Weil es kein Bemessungsverfahren ist. Es ist eine Erlaubnis, die gleiche Anzahl Schrauben mit demselben Durchmesser dorthin zu setzen, wo die Nieten gesessen hätten. Die geschraubte Verbindung übernahm ihre Begründung von der genieteten, die sie ersetzte, statt aus eigenem Recht begründet zu werden.

Waren alle frühen Schraubverbindungen gleitfest?

Im Ergebnis ja. Laut Kommentar erfüllten die Anforderungen von 1951 an Vorspannung und anstrichfreie Kontaktflächen nach heutiger Definition die Anforderungen an eine gleitfeste Verbindung. Die Überarbeitung von 1954 beschränkte die Forderung nach anstrichfreien Flächen auf Verbindungen mit Spannungsumkehr, Stoß oder Schwingung oder solche, bei denen eine Spannungsumlagerung durch Gleiten unerwünscht wäre.

Wann änderten sich die Namen der Verbindungen?

Nach der Überarbeitung von 1954 hießen die Verbindungen bearing type, friction type und direct tension. Mit der Ausgabe von 1985 wurden daraus shear/bearing, slip-critical und direct tension, und für viele shear/bearing-Verbindungen wurde der Einbau im snug-tight-Zustand zugelassen.

Hat die Spezifikation jemals eine Drehmomenttabelle veröffentlicht?

Ja, in der ersten Ausgabe von 1951, mit Beziehungen zwischen Drehmoment und Vorspannkraft für Schrauben verschiedener Durchmesser. Sie wurde in der Ausgabe von 1954 zurückgezogen, nachdem die Forschung gezeigt hatte, dass mit einer Streuung des Verhältnisses von bis zu plus/minus vierzig Prozent zu rechnen ist, sofern die Beziehung nicht für jedes Schraubenlos, jeden Durchmesser und jeden Zustand der Garniturteile einzeln ermittelt wird.

Warum streuen Drehmoment und Vorspannkraft so stark?

Der Kommentar nennt sieben Punkte: Oberfläche und Toleranz der Gewinde, Gleichmäßigkeit und Zustand der Schmierung, Staub, Schmutz und Korrosion aus Werkstatt- oder Baustellenbedingungen, die Reibung zwischen gedrehtem Teil und Auflagefläche, die schwankende Luftversorgung von Druckluft-Schlagschraubern, Zustand, Schmierung und Energieversorgung des Drehmomentschlüssels, die sich innerhalb einer Arbeitsschicht ändern können, und die Wiederholbarkeit jedes Schlüssels, der das aufgebrachte Drehmoment erfasst.

Warum wurde das Verfahren mit kalibriertem Schlüssel gestrichen und wieder aufgenommen?

Es blieb bis 1980 anerkannt, mit der Auflage, das Montagedrehmoment für die jeweiligen Schrauben täglich zu ermitteln. 1980 wurde die Anerkennung zurückgezogen, wegen der anhaltenden Kontroverse, die daraus entstand, dass Anwender die Voraussetzungen für seine zulässige Anwendung beim Einbau und bei der Prüfung nicht einhielten. 1985 wurde es mit stärkerer Betonung der Einzelanforderungen wieder aufgenommen, darunter fünf getrennte Anlässe für eine Neukalibrierung.

Was wurde aus dem Nietstahl?

Eine Fußnote der Spezifikation sagt, ASTM A141 sei 1967 zurückgezogen worden und zu ASTM A502 Grade 1 geworden. Den heutigen Status dieser Nachfolgebezeichnung konnten wir nicht bestätigen, und diese Seite behauptet keinen.

Behandelt die aktuelle Spezifikation noch Nieten?

Nein. Wir haben alle 118 Seiten durchsucht: Das Wort rivet als Verbindungselement erscheint einmal, im Satz über den Januar 1951. Drei weitere Vorkommen von riveted sind alle der Titel eines Lehrbuchs von 1987. Das ist eine Tatsache über das Dokument, kein Beleg dafür, ob noch jemand nietet.

Quellen

• Research Council on Structural Connections, Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts, 11. Juni 2020, 118 Seiten, vollständig und kostenlos. Vorwort sowie Kommentare zu Abschnitt 4 und Abschnitt 8
• r/Tools, wo Archivaufnahmen vom Warmnieten die Frage aufwarfen, wann damit Schluss war

Die Spezifikation von 2020 wurde vollständig heruntergeladen; Vorwort, der Kommentar zu Abschnitt 4 über Verbindungsarten und der Kommentar zu Abschnitt 8 über das Verfahren mit kalibriertem Schlüssel wurden vollständig gelesen. Diese Website verwendet das Dokument zum dritten Mal, nach der Definition von snug-tight und dem Unterschied zwischen einer gleitfesten und einer shear/bearing-Verbindung; die hier verwendeten Passagen sind historischer Kommentar, den keine der beiden Seiten berührt hat, und nichts daraus wird wiederholt. Jede Jahreszahl, jedes Zitat und jeder Wert daraus wurde an einem gerenderten Bild der Seite geprüft, nicht an extrahiertem Text. Folgendes ist unsere eigene Suche und Zählung, keine Aussage der Spezifikation: dass das Wort rivet als Verbindungselement auf den 118 Seiten einmal vorkommt, während die drei Vorkommen von riveted alle ein Buchtitel von 1987 sind; die Zählung von drei Bedingungen im Ersatzsatz; die Abstände von drei, fünf, sechzehn und vierunddreißig Jahren zwischen den datierten Ereignissen; und die Beobachtung, dass Vorwort und Kommentar zu Abschnitt 4 der Ausgabe von 1951 zwei verschiedene Namen geben. Wir wissen nicht, welcher der beiden Namen der historische Titel war, und diese Seite rät nicht. Den heutigen Status der Nachfolgebezeichnung für den Nietstahl konnten wir nicht bestätigen, weil die Seite des Herausgebers dazu in dieser Sitzung nicht lud; statt eine Angabe aus zweiter Hand zu wiederholen, haben wir sie als benannte Lücke stehen lassen. Diese Seite erhebt nicht, welche Branchen noch warm nieten, gibt keine Hinweise für Ausführung oder Bemessung und nennt keinen Hersteller und kein Produkt. Die in den zitierten Passagen genannten ASTM-Normen wurden nicht gelesen, und die Bemessungsregeln der Spezifikation selbst werden hier nicht zusammengefasst. Gelesen wurde der Forumsbeitrag, nicht die Antworten darauf, und auf dieser Seite erscheint kein Forums-Benutzername.