Welche Mutter zuerst kommt, stand in der Norm – und wurde dann gestrichen

Flache Mutter an die Verbindung oder flache Mutter oben? Der Streit zieht sich durch fünfzig Jahre Ingenieursforen, und beide Seiten berufen sich auf Autoritäten. Es gibt eine Antwort – flache Mutter zuerst, an der Verbindung –, und diese Antwort war in ISO 898-2:2012 festgeschrieben. Die Ausgabe von 2022 behielt die Forderung, dass die beiden Muttern gepaart werden, und strich das Verfahren. Das sagt mehr darüber aus, wie sehr man dieser Methode vertraut, als jede der beiden Streitparteien.

Verschraubte Stahlbleche mit einer roten flachen Mutter unter einer höheren grauen Mutter.

Die Antwort und wo sie früher stand

Für eine gewöhnliche vorgespannte Verbindung mit einer flachen und einer normal hohen Mutter gilt: Die flache Mutter liegt an der Verbindung und wird zuerst angezogen; die normale Mutter sitzt außen und wird auf volles Drehmoment angezogen, während die flache Mutter gegen Verdrehen gehalten wird.

ISO 898-2:2012 §5 schrieb das ausdrücklich vor – zuerst die flache Mutter gegen die Verbindung anziehen, dann die normale oder hohe Mutter darauf anziehen.

ISO 898-2:2022 §6 behielt die Forderungen nach Paarung und abgestimmter Festigkeit und strich das Verfahren. Der aktuelle ISO-Text nennt die Reihenfolge also nicht mehr. Wer sich heute für die Reihenfolge auf ISO beruft, zitiert eine zurückgezogene Ausgabe.

Nicht nur ISO. Die Anordnung findet sich auch bei Bickford (4. Auflage §14.6.4, S. 319), der die flache Mutter an der Verbindung als konventionelle Anordnung bezeichnet, und im US Navy NSTM Chapter 075 (§075-5.3.4.1–.2), das die flache Mutter zwischen Fügefläche und dicker Mutter verlangt, mit einem Schlüssel gehalten, während die dicke Mutter angezogen wird.

Warum diese Reihenfolge: Die Betriebslast wechselt die Mutter

Diesen Teil sollte man verstehen statt auswendig lernen, und das Navy-Handbuch nennt den Grund in einer Zeile: Die äußere Mutter muss so dick sein, als wäre sie die einzige Mutter, denn die Hauptmutter trägt die gesamte Betriebslast.

Mechanisch läuft es so ab:

Die innere flache Mutter wird aufgedreht und angezogen. Schraube und flache Mutter berühren sich an der normalen tragenden Gewindeflanke.
Das Anziehen der äußeren Mutter längt die Schraube weiter und entlastet die innere flache Mutter dabei zunehmend.
Sind die beiden Muttern gegeneinander verspannt, liegen sie an entgegengesetzten Flanken des Schraubengewindes an; das axiale Spiel ist beseitigt, und es entsteht eine lokale, gegenläufige Vorspannung.
Bickford nennt einen daraus folgenden Vorteil: Die Kontermutter spannt das Gewinde entgegen der Richtung der endgültigen Last vor, was die Lastverteilung im Gewinde verbessert.

Die flache Mutter kommt also nach unten, weil sie nach dem endgültigen Anziehen nicht das Teil ist, das die Betriebslast trägt. Das tut die äußere Mutter in voller Höhe. Eine flache Mutter an der lasttragenden Position wäre das falsche Teil für die Aufgabe – dazu der nächste Abschnitt.

Zwei Dinge hätten wir überzeichnet, und sie sind wichtig:

„Die flache Mutter trägt nichts“ ist zu stark. Das beschreibt nur den Pfad der äußeren Betriebslast. Die flache Mutter trägt weiterhin die gegenseitige Axialkraft der beiden aufeinandergepressten Muttern, Gewindekontakt- und Biegespannungen und – wenn bei der Montage etwas schiefging – unter Umständen eine hohe Abstreiflast.
Der Schraubenabschnitt zwischen den beiden Muttern steht unter Zug, nicht unter Druck. Auf Druck beansprucht ist die Fläche, an der die beiden Muttern aufeinanderdrücken. Wer diesen Schraubenabschnitt als „zusammengedrückt“ beschreibt, verkehrt den Spannungszustand ins Gegenteil.

Was eine flache Mutter tatsächlich ist

Eine flache Mutter ist in ISO 898-2 Typ 0, genormt in ISO 4035:2023 (fünfte Ausgabe, erschienen im August 2023), in den Festigkeitsklassen 04 und 05. Die führende Null ist die normeigene Kennzeichnung für verminderte Belastbarkeit.

Mutter	Klasse	Prüfkraft, M10×1,5
Flach (Typ 0)	04	22,0 kN
Flach (Typ 0)	05	29,0 kN
Normal (Typ 1)	8	50,5 kN
Normal (Typ 1)	10	60,3 kN
Normal oder hoch	12	67,3 kN

Die Prüfkraft einer flachen Mutter der Klasse 04 liegt bei 44 % einer normalen Mutter der Klasse 8 gleicher Größe. ISO 898-2:2022 stellt ausdrücklich fest, dass eine flache Mutter nicht dafür ausgelegt ist, ein Abstreifen des Gewindes bei Überlast zu verhindern – während die Paarung aus normaler Mutter und Schraube darauf abzielt, dass stattdessen die Schraube in ihrer freien Gewindelänge duktil versagt.

Wir wollten behaupten, die Norm sehe den Einsatz als Kontermutter überhaupt nicht vor. Das ist falsch. ISO 4035:2023 §1 spricht ihn ausdrücklich an: Als Kontermuttern verwendete flache Muttern müssen mit einer normalen oder hohen Mutter gepaart werden. Dieselbe Klausel warnt, dass ihre Belastbarkeit geringer ist und man sich nicht darauf verlassen kann, dass sie bei Überlast nicht abstreifen. Die Norm erlaubt den Einsatz also und versieht ihn mit einem Vorbehalt – das ist etwas anderes, als ihn als Sicherungsmethode zu empfehlen.

Was eine flache Mutter nicht ist: eine Mutter mit Klemmmoment. Diese Unterscheidung und die dazugehörige Austauschregel stehen in Die Mutter hat eine einzige Zahl.

Jetzt der Teil, bis zu dem der Streit nie kommt

Beide Lager im Reihenfolgestreit teilen eine Annahme: dass die Doppelmutter eine Sicherungsmethode ist, deren Zuverlässigkeit von der richtigen Reihenfolge abhängt. Die Fachliteratur ist da deutlich weniger zuversichtlich.

Quelle	Position
NASA-STD-5020B §4.6.1 / TFSR 16	Jede Gewindeverbindung in Raumfahrthardware braucht mindestens ein Sicherungsmerkmal, das nicht von der Vorspannkraft abhängt. Anhang B, Abbildung 29 stellt fest, dass eine Kontermutter möglicherweise nicht anerkannt wird, wenn sie von der Vorspannkraft abhängt oder eine Änderung der Vorspannkraft die Sicherungswirkung zunichtemachen würde
NAVSEA NSTM §075-5.3.4	Bezeichnet Kontermuttern als alte Methode mit Klemmmoment und sagt, sie würden für Neuinstallationen allgemein nicht empfohlen – weil die Dicke leicht falsch gewählt und die relative Lage leicht vertauscht wird
Bickford 4. Aufl., Tabelle 14.4	In einem Junker-Vibrationsvergleich (M10, Klasse 4.8, 70 % der Streckgrenze) wird die Doppelmutter mit geringer Widerstandsfähigkeit bewertet
VDI 2230 Blatt 1:2003, Tabelle A14	Führt Sicherungsmöglichkeiten auf – Kronenmutter mit Splint, Sicherungsdraht, Sicherungsbleche, Ganzmetall- und Kunststoffring-Sicherungsmuttern, verzahnte Flansche, Klebstoff. Eine einfache Doppelmutter ist nicht darunter

Die Tabelle genau lesen, denn sie lässt sich leicht überinterpretieren. Die NASA verbietet Doppelmuttern nicht; sie lehnt es ab, eine als einziges gefordertes Sicherungsmerkmal anzuerkennen. NAVSEA untersagt sie nicht; es rät für Neukonstruktionen davon ab und veröffentlicht das Verfahren weiterhin. Und VDI 2230 Tabelle A14 lässt die einfache Doppelmutter weg – Weglassen ist kein Verbot, und in der aktuellen Ausgabe von 2015 haben wir keine Klausel gefunden, die sie verbietet.

Die ehrliche Zusammenfassung lautet nicht „die Normen verbieten es“. Sie lautet: Wo die Sicherung nachgewiesen werden muss, fällt diese Methode immer wieder durch.

Warum sie durchfällt: Man kann sie hinterher nicht prüfen

NASA-STD-5020B §4.6.4 / TFSR 19 verlangt, dass das Vorhandensein eines Sicherungsmerkmals und sein Sicherungsmoment nachgewiesen werden. Hält man eine fertige Doppelmutterverbindung gegen diese Forderung:

Nichts an der montierten Verbindung zeigt, welches Drehmoment die erste Mutter erhalten hat
Nichts zeigt, ob die flache Mutter tatsächlich gehalten wurde, während die äußere Mutter angezogen wurde – und hat sie sich mitgedreht, ist der gegenläufige Kontakt, der die Sicherung bewirkt, nie entstanden
Nichts zeigt, ob das Gewinde bereits lokal plastisch verformt ist
Bolt Science weist darauf hin, dass das zulässige Axialspiel eines Gewindes um etwa das Zehnfache schwanken kann, sodass die Anfangsvorspannung in der flachen Mutter selbst für einen sorgfältigen Monteur schwer zu kontrollieren ist

Ihre Wirkung entsteht also vollständig bei der Montage, und die Montage hinterlässt keinen Nachweis. Zwei Verbindungen, die gleich aussehen, können sich völlig unterschiedlich verhalten. Für ein Qualitätssystem ist das eine schlechte Eigenschaft eines Verbindungselements – nicht weil der Mechanismus falsch wäre, sondern weil man nicht belegen kann, dass man ihn erreicht hat.

Wir sollten darauf hinweisen, dass keine Norm dies genau so formuliert. Es folgt aus der Nachweisforderung der NASA und aus der Mechanik, und wir halten es für das stärkste praktische Argument im ganzen Thema – aber es ist unsere Schlussfolgerung, kein Zitat.

Der Wert für das Voranziehen und warum zwei Quellen sich widersprechen

Die verbreitete Anweisung lautet, die flache Mutter auf 25–50 % des Enddrehmoments anzuziehen. Das stammt aus keiner Norm. Es geht auf Bolt Science zurück, als ingenieurmäßige Empfehlung, mit der Begründung, dass Gewindespiel und Klemmlänge die genaue Anfangslast schwer bestimmbar machen und deshalb ein vereinfachter Anteil verwendet wird.

NAVSEA gibt eine andere, auf die Teile skalierte Regel: die flache Mutter im Verhältnis der Dicken anziehen – mit dem Beispiel, dass eine flache Mutter mit zwei Dritteln der Dicke der Hauptmutter auf etwa die Hälfte bis zwei Drittel des Drehmoments der Hauptmutter angezogen, dann mit einem Schlüssel gehalten und die Hauptmutter auf das vorgegebene Vorspanndrehmoment angezogen wird.

Zwei glaubwürdige Quellen, zwei verschiedene Zahlen, keine davon eine Norm. Das sollte man wissen, bevor man eine Zahl in eine Arbeitsanweisung schreibt.

Wo „flach nach unten“ nicht mehr die Antwort ist

Bei einer langen Schraube mit großer Längung kann die untere flache Mutter zuerst abstreifen. Bolt Science spricht das eigens an. Und man beachte, was die Abhilfe nicht ist: Die Antwort ist nicht, die flache Mutter nach oben zu setzen. Sie besteht darin, zwei Muttern normaler Höhe zu verwenden oder ganz auf eine andere Sicherungsmethode zu wechseln.

Deshalb sagen wir auch nicht, eine flache Mutter an lasttragender Position sei immer falsch. Für eine Verbindung, die die volle Schraubenfestigkeit entwickeln muss, darf eine flache Mutter nicht allein diese Aufgabe übernehmen. Flache Muttern haben aber berechtigte Anwendungen weit unterhalb der Prüfkraft – Stellschrauben, Gelenkköpfe, Spannschlösser, Positionierung und enge Bauräume.

Die historische Gegenstimme

Die Position „flache Mutter oben“ wird meist auf Tubal Cain zurückgeführt – T. D. Walshaw –, der in Model Engineer schrieb (Bd. 140, Nr. 3500, 1. November 1974, S. 1069). Der Artikel existiert und ist katalogisiert.

Einen öffentlich überprüfbaren Volltext konnten wir nicht beschaffen, und die Wiedergaben seiner Argumentation in Foren widersprechen einander, deshalb charakterisieren wir seine Begründung nicht. Sagen lässt sich, dass seine Schlussfolgerung ISO 898-2:2012, Bickford, dem NAVSEA-Handbuch und einer Querschwingungsdemonstration von Bolt Science widerspricht, in der sich bei „flach oben“ beide Muttern gemeinsam lösten, während „flach unten“, korrekt angezogen, nur eine anfängliche Relaxation zeigte. Diese Demonstration ist ein Versuch in einer Größe, kein allgemeiner Beweis.

Also: eine dokumentierte historische Gegenstimme, keine widerlegte und keine aktuelle Normposition.

Was daraus folgt

Zuerst klären, welche Art von Lockerung vorliegt. Eine Doppelmutter kann nur gegen eine Mutter helfen, die sich dreht. Hat sich die Schraube nie gedreht und ist die Klemmkraft trotzdem verschwunden, bewirkt diese Methode nichts – zwei verschiedene Ausfälle teilen sich das Wort.
Muss die Sicherung nachgewiesen werden, etwas Nachweisbares wählen. Klemmmoment nach ISO 2320, formschlüssige Sicherung oder ein qualifizierter Klebeprozess hinterlassen alle Nachweise, die eine Doppelmutter nicht hinterlässt.
Wenn man sie trotzdem verwendet – Instandhaltung, hohe Temperatur, eine Altbaugruppe, eine Stelle, an der keine Standard-Sicherungsmutter passt –, dann flache Mutter unten, gehalten, während die äußere Mutter angezogen wird, und prüfen, ob die äußere Mutter so dick ist, wie es eine Konstruktion mit einer einzigen Mutter verlangen würde.
Wissen, was man gekauft hat. Eine flache Mutter hat die Klasse 04 oder 05. Hat der Lieferant „Mutter M10“ angeboten und flache Muttern geliefert, hat man ein 22,0-kN-Teil, wo ein 50,5-kN-Teil angenommen wurde.
Für die Reihenfolge nicht ISO zitieren. Dieser Satz steht in der Ausgabe von 2012, und die Ausgabe von 2022 hat ihn gestrichen.

Die Alternativen mit festgelegten Abnahmeprüfungen stehen in Welche Art von Lockerung Schraubensicherung tatsächlich behebt.

Quellen

Maßgeblich für die Abnahme einer konkreten Anwendung sind Ihre Zeichnung und Ihre eigenen Prüfungen.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 2: Gewinde. 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

Kommt die flache Mutter zuerst oder zuletzt?

Bei einer gewöhnlichen vorgespannten Verbindung kommt sie zuerst, an die Fügefläche, und die normal hohe Mutter wird darauf angezogen, während die flache Mutter gegen Verdrehen gehalten wird. ISO 898-2:2012 Abschnitt 5 schrieb diese Reihenfolge ausdrücklich vor, und die Anordnung findet sich auch bei Bickford und in NAVSEA NSTM Chapter 075. ISO 898-2:2022 Abschnitt 6 behält die Forderung, dass die beiden Muttern gepaart werden, nennt das Verfahren aber nicht mehr; der aktuelle ISO-Text gibt die Reihenfolge also nicht an.

Warum kommt die flache Mutter nach unten?

Weil sie nach dem endgültigen Anziehen nicht das Teil ist, das die Betriebslast trägt. Das Anziehen der äußeren Mutter längt die Schraube weiter und entlastet die innere flache Mutter zunehmend, und die beiden Muttern liegen am Ende an entgegengesetzten Flanken des Schraubengewindes an. Das NAVSEA-Handbuch stellt fest, dass die Hauptmutter die gesamte Betriebslast trägt und deshalb so dick sein muss, als wäre sie die einzige Mutter. Die flache Mutter trägt weiterhin die gegenseitige Kraft zwischen den Muttern und Gewindekontaktspannungen, ist also nicht vollständig entlastet.

Ist eine flache Mutter schwächer als eine normale Mutter?

Deutlich. Eine flache Mutter ist in ISO 898-2 Typ 0, genormt in ISO 4035:2023 in den Festigkeitsklassen 04 und 05, wobei die führende Null die normgemäße Kennzeichnung für verminderte Belastbarkeit ist. Bei M10 mal 1,5 beträgt die Prüfkraft 22,0 kN für Klasse 04 und 29,0 kN für Klasse 05, gegenüber 50,5 kN für eine normale Mutter der Klasse 8. ISO 898-2 stellt ausdrücklich fest, dass eine flache Mutter nicht dafür ausgelegt ist, ein Abstreifen des Gewindes bei Überlast zu verhindern.

Empfehlen Normen Doppelmuttern zur Sicherung?

Nicht dort, wo die Sicherung nachgewiesen werden muss. NASA-STD-5020B verlangt ein Sicherungsmerkmal, das nicht von der Vorspannkraft abhängt, und stellt fest, dass eine Kontermutter möglicherweise nicht anerkannt wird. NAVSEA nennt sie eine alte Methode, die für Neuinstallationen allgemein nicht empfohlen wird. Bickford bewertet die Doppelmutter in einem Junker-Vibrationsvergleich als gering. VDI 2230 Blatt 1 Tabelle A14 führt eine einfache Doppelmutter nicht unter ihren Sicherungsmöglichkeiten, wobei Weglassen nicht dasselbe wie ein Verbot ist und kein ausdrückliches Verbot gefunden wurde.

Soll die flache Mutter auf 25 bis 50 Prozent des Enddrehmoments angezogen werden?

Dieser Wert ist eine ingenieurmäßige Empfehlung und keine Normforderung; er geht auf Bolt Science zurück, wo ein vereinfachter Anteil verwendet wird, weil Gewindespiel und Klemmlänge die genaue Anfangslast schwer bestimmbar machen. NAVSEA gibt eine andere, auf die Teile skalierte Regel: Eine flache Mutter mit zwei Dritteln der Dicke der Hauptmutter wird auf etwa die Hälfte bis zwei Drittel des Drehmoments der Hauptmutter angezogen. Zwei glaubwürdige Quellen nennen unterschiedliche Zahlen, und keine davon ist eine Norm.

Lässt sich eine Doppelmutter nach der Montage prüfen?

Nicht sinnvoll, und genau das ist ihr praktisches Problem. Die fertige Verbindung zeigt nicht, welches Drehmoment die erste Mutter erhalten hat, ob die flache Mutter beim Anziehen der äußeren Mutter gehalten wurde oder ob das Gewinde bereits lokal plastisch verformt ist. Da die Wirkung vollständig bei der Montage entsteht und die Montage keinen Nachweis hinterlässt, können sich zwei gleich aussehende Verbindungen unterschiedlich verhalten. Das ist unsere Schlussfolgerung aus den Nachweisforderungen und der Mechanik, kein Zitat aus einer Norm.

Anfrage

Wenn eine Zeichnung eine flache Mutter vorschreibt, sagen Sie uns, ob sie als Kontermutter dient oder Last trägt. Beides erfordert unterschiedliche Festigkeitsklassen, und die Prüfkraft einer flachen Mutter der Klasse 04 liegt deutlich unter der Hälfte einer normalen Mutter der Klasse 8 gleicher Größe.

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