Das Klemmmoment im Datenblatt ist ein Grenzwert, kein Summand

Die Rechnung im Thread und wohin sie führt

Nehmen wir seine Zahlen, wie gepostet. Die Antwort des Lieferanten ist 37 + 5 = 42 und 37 + 40 = 77. Addiert wird also die 37, und die 300 kommt in der Summe gar nicht vor. Die beste Antwort im Thread fasste den strukturellen Grund in einem Satz: Die Verbindungselementespezifikation sagt jemandem, wie man eine Mutter herstellt, nicht, wie man die Verbindung auslegt.

Seine Luftfahrtspezifikation haben wir nicht gelesen; das Folgende stützt sich daher auf das ISO-Dokument, das denselben Bereich für metrische Muttern abdeckt, ISO 2320. Sein Aufbau erklärt, warum ein Datenblatt zwei Klemmmomentwerte tragen kann, die sich völlig unterschiedlich verhalten.

Zwei Grenzwerte in entgegengesetzte Richtungen

Die Obergrenze gibt es, damit sich die Mutter aufschrauben lässt. Ein Klemmteil, das beim Aufschrauben zu stark bremst, verschwendet Werkzeugleistung, erhitzt den Einsatz und macht es unmöglich, Anlage und Reibung zu unterscheiden. Die Untergrenze ist die Sicherungszusage: Nachdem die Verbindung entlastet wurde, muss so viel Widerstand noch vorhanden sein. Eine Mutter kann diese Norm nicht bestehen, weil sie zu stramm ist, genauso wie weil sie zu locker ist; so stellen sich die meisten eine Sicherungsmutter nicht vor.

Festigkeitsklasse 04, Regelgewinde, in Newtonmetern:

Achten Sie auf den Abstand zwischen den Spalten. Bei M10 darf die Mutter beim Aufschrauben bis zu 10,5 N·m Widerstand leisten und muss beim Abschrauben noch 1,5 liefern. Das sind keine zwei Schätzungen derselben Größe. Es sind die beiden Enden dessen, was das Teil sein darf, und der Wert, den man in eine Anziehberechnung einsetzen würde, ist keiner von beiden: Es ist das, was die Mutter vor Ihnen tatsächlich misst.

Eine Fußnote unter derselben Tabelle erwischt viele. Die Maxima beim ersten Aufschrauben gelten nur für Ganzmetallmuttern. Für Muttern mit nichtmetallischem Einsatz beträgt das Maximum die Hälfte dieser Werte; eine Mutter mit Polyamidring, die sich beim Aufschrauben stramm anfühlt, ist also deutlich früher außerhalb der Spezifikation als eine Ganzmetallmutter, die sich gleich anfühlt.

Es lohnt sich, die Teilenummern damit zu verknüpfen, denn eine Bestellung trägt eine Nummer und nicht die Worte „Mutter mit Polyamidring“. ISO 2320 regelt, wie sich diese Teileklasse verhält; die Maße des Teils selbst stehen woanders:

Der Sicherungsmechanismus ist bei beiden derselbe, die Höhe nicht. Eine Zeichnung, auf der nur „Mutter mit Polyamidring“ steht, beschreibt beide, und sie bieten nicht denselben Gewindeeingriff. Die Klemmmomenttabelle oben regelt das Verhalten, nicht welche Höhe geliefert wird.

Warum beide Reddit-Antworten zur Definition richtig klangen

Ein zweiter Thread fragte, was Sicherungsmoment und Klemmmoment unterscheidet. Eine Antwort nannte Haft- gegenüber Gleitreibung; eine andere zitierte ein SAE-Dokument, wonach beides dasselbe ist. ISO 2320 umgeht diesen Streit, indem sie die Größe definiert, statt sie zu benennen. Eine Mutter mit Klemmteil widersteht dem Drehen unabhängig von Klemm- oder Druckkräften, das Einschraub-Klemmmoment wird gemessen, während die Mutter sich bewegt und ohne Klemmkraft, und das Ausschraub-Klemmmoment ist das, was nötig ist, um nach dem Wegfall der Klemmkraft über 360 Grad weiterzudrehen.

Es ist also nicht die Reibung der Verbindung und wird überhaupt nicht gegen Vorspannkraft gemessen. Die Norm benennt sogar den Moment, ab dem sich beides nicht mehr trennen lässt: den Anlagepunkt, an dem erstmals Klemmkraft auftritt. Alles davor ist das Klemmteil; alles danach ist Drehmoment gegen Klemmkraft, für das dasselbe Reibungsproblem gilt.

Die Frage der Wiederverwendung und was die Norm stattdessen tut

Aus der Spalte für das fünfte Abschrauben leiten viele ihre Regel „man kann sie fünfmal verwenden“ ab, und die Norm sagt etwas anderes. Für die Lieferprüfung gilt die Prüfung beim ersten Auf- und Abschrauben. Das fünfte Abschrauben ist eine Erstprüfung der Bauart und eine Prüfung im Streitfall. Sie qualifiziert die Konstruktion; sie erlaubt nicht, eine Mutter fünfmal zu verwenden.

Hier verweigert eine Norm die Zahl, die alle haben wollen, und gerade diese Verweigerung ist der nützliche Teil. Sie sagt Ihnen, dass die Entscheidung bei Ihnen liegt und anhand der Folgen statt einer Zählung zu treffen ist. Was die Zeile für fünf Zyklen liefert, ist der Verlauf des Abfalls: Das Minimum nach fünf Abschraubvorgängen liegt über den gesamten Größenbereich bei etwa zwei Dritteln des Minimums nach einem. Ob zwei Drittel genügen, ist eine Frage zu Ihrer Verbindung, und der Rest dieser Abwägung steht in Kann diese Schraube wieder hinein?, wo auch beschrieben ist, wie die Prüfung beim fünften Abschrauben tatsächlich abläuft.

Ein Dokument nennt doch eine Zahl, und es lohnt sich zu wissen, welche Art Zahl das ist. Ein Rundschreiben zur Luftfahrzeuginstandhaltung sagt, eine Sicherungsmutter mit Fiber- oder Polyamideinsatz sei nicht wiederzuverwenden, wenn sie ein nach Gewindegröße aufgeführtes Mindest-Klemmmoment nicht erreicht. Auch das ist keine Zählung. Es ist dieselbe Entscheidung, die diese Norm an Sie zurückgibt, umgesetzt in etwas, an das man einen Drehmomentschlüssel ansetzen kann.

Drei Zeilen, die verändern, wie man eine Sicherungsmutter liest

Zwei weitere Punkte lohnen sich. Die Einsatzbereiche unterscheiden sich nach Bauart: −50 bis +150 °C für Ganzmetallmuttern, −50 bis +120 °C für Muttern mit nichtmetallischem Einsatz, und die Prüfung des Temperatureinflusses bei Muttern mit Einsatz wird nur auf Wunsch des Kunden durchgeführt. Außerdem beginnt der tabellierte Bereich bei M5. Die Größen M3 und M4 stehen in einem informativen Anhang, was einen anderen Status hat als der Hauptteil der Norm; die allgemeine Form dieses Problems behandelt wo Normen für Verbindungselemente enden.

Wo das Klemmmoment unter den anderen üblichen Maßnahmen steht, zeigt die Tabelle in Warum sich Schrauben lösen: Es wirkt gegen Verdrehen und stellt verlorene Klemmkraft nicht wieder her. Die Gegenmaßnahme, die in eine Norm aufgenommen und später wieder gestrichen wurde, ist die Kontermutter.

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

Addiere ich das Klemmmoment aus dem Datenblatt zu meinem Anziehdrehmoment?

Den Spezifikationsgrenzwert nicht. ISO 2320 tabelliert ein Maximum für das erste Aufschrauben und ein Minimum für das Abschrauben, und beide begrenzen, was das Teil sein darf, statt den Wert des Teils in Ihrer Hand anzugeben. Eine Zeichnung, die verlangt, einen bestimmten Betrag über dem Klemmmoment anzuziehen, meint das tatsächlich vorhandene Klemmmoment, und das wird gemessen. Durch Addieren eines Höchstwerts kam der Ingenieur im Ausgangsthread auf etwa das Zehnfache der Lieferantenantwort.

Was unterscheidet Klemmmoment und Sicherungsmoment?

Die Begriffe sind zwischen Dokumenten tatsächlich uneinheitlich, deshalb widersprachen sich zwei Antworten im Ausgangsthread. ISO 2320 umgeht den Streit, indem sie die Größe definiert: Eine Mutter mit Klemmteil widersteht dem Drehen unabhängig von Klemm- oder Druckkräften, das Einschraub-Klemmmoment wird gemessen, während sich die Mutter bewegt und ohne Klemmkraft, und das Ausschraub-Klemmmoment wird beim Zurückdrehen gemessen, über die Drehung nach dem Wegfall der Klemmkraft. Ist ein Dokument mehrdeutig, fragen Sie, welche dieser Größen gemeint ist.

Wie oft kann eine Mutter mit Polyamidring wiederverwendet werden?

Die Norm legt eine Prüfung beim fünften Abschrauben fest, aber keine zulässige Zahl von Wiederverwendungen; das sind verschiedene Dinge. Die Lieferprüfung verwendet das erste Auf- und Abschrauben. Das fünfte Abschrauben ist eine Erstprüfung der Bauart und eine Prüfung im Streitfall; sie qualifiziert eine Konstruktion und erlaubt nicht, eine Mutter fünfmal zu verwenden. Der Abschnitt sagt dann, dass das Verhalten mit der Zahl der Wiederverwendungen abnimmt und dass der Anwender die Folgen vor jeder Wiederverwendung berücksichtigen muss. Die Tabellen zeigen den Verlauf des Abfalls: Das Minimum beim fünften Abschrauben beträgt etwa zwei Drittel des Minimums beim ersten.

Warum ist meine Ganzmetall-Sicherungsmutter ab der ersten Umdrehung stramm und die mit Polyamidring nicht?

Weil die Norm Verschiedenes verlangt. Bei einer Mutter mit nichtmetallischem Einsatz muss sich der Gutlehrdorn von Hand frei eindrehen lassen, bis er am Klemmteil anliegt. Bei einer Ganzmetallmutter genügt freies Eindrehen über eine Steigung. Die Ganzmetallbauart darf also fast sofort greifen. Unabhängig davon beträgt das maximale Klemmmoment beim ersten Aufschrauben für eine Mutter mit Polyamidring die Hälfte des Tabellenwerts für Ganzmetallmuttern.

Gilt ISO 2320 auch für kleine Muttern?

Ihre Tabellen reichen von M5 bis M39 im Regelgewinde und von M8 x 1 bis M39 x 3 im Feingewinde. M3 und M4 in den Festigkeitsklassen 8 und 10 stehen in einem Anhang, den das Inhaltsverzeichnis als informativ kennzeichnet, ein schwächerer Status als der Hauptteil der Norm. Hängt eine Zeichnung von Klemmmomentwerten unter M5 ab, sollte dieser Statusunterschied mit dem Lieferanten geklärt und nicht einfach vorausgesetzt werden.

Quellen

• ISO 2320:2015 — Verbindungselemente, Sechskantmuttern aus Stahl mit Klemmteil, Funktionseigenschaften; Abschnitt 1 Anwendungsbereich und Temperaturhinweise, Abschnitt 3 Begriffe, Abschnitt 5 Gewinde, Abschnitt 6 Schmierung, Abschnitt 8 Funktionsanforderungen, Tabellen 1 bis 4
• ISO 16047 — Verbindungselemente, Drehmoment/Vorspannkraft-Versuch; Quelle der Begriffe, auf denen ISO 2320 aufbaut
• r/MechanicalEngineering — der Ausgangsthread mit den Werten 300 und 37 und dem Zeichnungsvermerk
• r/MechanicalEngineering — Sicherungsmoment gegenüber Klemmmoment, wo sich zwei Antworten widersprachen

ISO 2320:2015 wurde aus der öffentlich zugänglichen Vorschau-PDF gelesen, die das Inhaltsverzeichnis, die Abschnitte 1 bis 8 und die Tabellen 1 bis 4 vollständig enthält. Jeder Wert und jede zitierte Anforderung oben stammt aus diesen Abschnitten und aus Tabelle 1, Festigkeitsklasse 04, Regelgewinde. Die Vorschau endet vor Abschnitt 9, dem Prüfverfahren, und vor allen drei Anhängen; diese Seite beschreibt daher nicht, wie die Prüfung durchgeführt wird, und zitiert keinen Wert aus Anhang C. Die Aussage, dass M3 und M4 in einem informativen Anhang stehen, stammt aus dem Inhaltsverzeichnis, das die Vorschau enthält. Die Werte 300 und 37 sind das, was der Ingenieur im Ausgangsthread über seine eigene Spezifikation sagte. Diese Spezifikation gehört zur Luftfahrtfamilie NASM und SAE, und wir haben sie nicht gelesen; nichts hier wird ihr zugeschrieben, und die einzige Aussage über diese Zahlen ist die Rechnung, die jeder nachvollziehen kann: 37 plus 5 ist 42, und 37 plus 40 ist 77. Die ISO-Katalognummer wurde dem URL-Pfad der Vorschau entnommen und dann an einer zweiten Quelle bestätigt; diese Routine hat die Website eingeführt, nachdem sie einmal eine falsche veröffentlicht hatte.