Ein Schrauber wird an zwei Verbindungen geprüft, und sie liegen um den Faktor 24 auseinander

30 Grad sind eine Zwölfteldrehung. 720 sind zwei volle Umdrehungen. Das ist ein Faktor von 24 — unsere Division, nicht die der Norm —, und es ist der Grund, warum eine Zahl, die gestern funktioniert hat, heute nicht funktioniert.

Diese Seite empfiehlt keinen Drehmomentwert und gibt keine Anziehempfehlung. Sie nennt kein Werkzeug und keine Marke. Sie liest ein Prüfverfahren, um herauszufinden, was die veröffentlichte Leistungsangabe eines Werkzeugs tatsächlich verspricht.

Vier Wörter

In einem Holzwerkerforum, mit 3189 Punkten und 342 Antworten, berichtete jemand, er habe seinen Vater, seit 50 Jahren Bilderrahmer und Holzwerker, nach der Weisheit eines Berufslebens gefragt. Die Antwort lautete „Zieh den Scheiß nicht zu fest an.“ (sinngemäß übersetzt)

Der Sohn schrieb dann den Satz, der daraus eine echte Frage statt eines Witzes macht: „den perfekten Pressdruck zu finden oder das Schraubendrehmoment genau richtig hinzubekommen, erfordert Geschick, Erfahrung und ein tiefes Verständnis der eigenen Werkstoffe“ (sinngemäß übersetzt).

Ein tiefes Verständnis der eigenen Werkstoffe ist der Teil, dem es nachzugehen lohnt, denn es ist auch die Variable, die eine Norm beherrschen muss, bevor sie überhaupt etwas messen kann. Wir haben den Beitrag gelesen, nicht die Antworten, und hier erscheint kein Forenname.

Die Verbindung hat eine Rate, und sie gehört nicht dem Werkzeug

Die Norm definiert die Größe in einer Zeile. Drehmomentrate: die Zunahme des Drehmoments mit dem Drehwinkel beim Eindrehen eines Verbindungselements in eine Gewindeverbindung, angegeben in Newtonmeter pro Umdrehung.

Keine Eigenschaft des Schraubers. Eine Eigenschaft dessen, was angezogen wird. Eine Dichtung, ein weiches Holz, eine lange Schraube durch ein dickes Paket geben den Winkel langsam her, und das Drehmoment steigt langsam mit. Eine harte, ebene Fläche an einem kurzen Verbindungselement gibt fast nichts her, und das Drehmoment kommt auf einmal.

Die Ausgabe von 1994 formuliert die praktische Version klar. An einer Verbindung mit niedriger Drehmomentrate, die sie weiche Verbindung nennt, erfolgt das Anziehen meist mit mehreren Umdrehungen des Verbindungselements. An der Verbindung mit hoher Rate geschieht es in einem Bruchteil einer Umdrehung, und dort kann die Massenträgheit der rotierenden Teile des Werkzeugs das tatsächlich auf das Verbindungselement übertragene Drehmoment höher machen als das, was dasselbe Werkzeug an der weichen liefert.

Und sie sagt, warum beide verlangt werden: Die hohe und die niedrige Rate „überspannen den praktischen Bereich der Bedingungen, die die Drehmomentabgabe des Werkzeugs beeinflussen“ (sinngemäß übersetzt). Die beiden Verbindungen sind nicht typisch. Sie sind die Ränder.

Gemessen wird eine Streuung

Lesen Sie den Anwendungsbereich und achten Sie darauf, wofür das Verfahren gedacht ist. Es liefert ein Verfahren zur Messung der Drehmomentwiederholbarkeit, der Streuung: über einen Bereich von Drehmomentraten, über einen Bereich der Drehmomenteinstellung und über eine Anzahl von Arbeitszyklen. Nirgends ist es ein Verfahren, um zu bescheinigen, dass ein Werkzeug ein Drehmoment liefert.

Die berichteten Größen folgen daraus. An jeder Verbindung einzeln: mittleres Drehmoment, Spannweite, Standardabweichung, die 6s-Drehmomentstreuung und diese Streuung in Prozent des Mittelwerts. Sechs Sigma bedeutet hier plus und minus drei Standardabweichungen, was laut Norm 99,73 Prozent einer normalverteilten Grundgesamtheit umfasst. Dann über beide Verbindungen: kombiniertes mittleres Drehmoment, Mittelwertverschiebung, kombinierte Drehmomentstreuung und diese in Prozent.

Die Mittelwertverschiebung ist die interessante Größe. Sie ist definiert als die Differenz des mittleren Drehmoments desselben Werkzeugs an zwei Verbindungen unterschiedlicher Drehmomentrate bei derselben Einstellung. Die Norm hat einen Namen für den Abstand zwischen dem, was Ihr Schrauber in Kiefer tut, und dem, was er in Stahl tut, und die ganze Prüfung existiert, um diesem Abstand eine Zahl zu geben.

Die Prüfung umfasst 25 Messwerte an jeder der beiden Verbindungen, also 50 pro Leistungsprüfung, was unsere Addition ist. Und eine Zeile des Verfahrens verdient ein eigenes Zitat: „Das Werkzeug ist im Prüfstand starr zu befestigen, um jeden Einfluss des Bedieners auszuschließen.“ (sinngemäß übersetzt) Die veröffentlichte Angabe ist das, was das Werkzeug tut, wenn der Mensch herausgenommen ist.

Die Leitzahl wird an der weichen Verbindung gemessen

Eine Definition lohnt es, zweimal zu lesen. Das Nenndrehmoment ist das höchste mittlere Drehmoment, wie vom Hersteller festgelegt, das ein Werkzeug erreicht, wenn es an einer Verbindung mit niedriger Drehmomentrate geprüft wird. Die L-Verbindung. Die, die zwei Umdrehungen braucht.

Die Zahl auf dem Datenblatt wird also am leichten Ende des Bereichs ermittelt, mit dem das Werkzeug laut Norm selbst zurechtkommen muss, und die kombinierte Drehmomentstreuung sagt Ihnen dann, wie weit sich das andere Ende verschiebt. Beide Tatsachen stammen aus demselben Dokument, und nur eine davon verlässt üblicherweise das Werk.

Das Werkzeug, mit dem die meisten überdrehen, liegt außerhalb des Anwendungsbereichs

Der Anwendungsbereich hat eine Ausschlussliste, und sie ist kurz.

Die Ausgabe von 2017 hört dort auf. Die Ausgabe von 1994 beendete denselben Satz mit einer Begründung, und dann wurde die Begründung gestrichen: Diese Werkzeuge sind ausgeschlossen, „insbesondere weil das aufgebrachte Drehmoment dieser Werkzeuge mit herkömmlichen Messmitteln nicht gemessen werden kann“ (sinngemäß übersetzt).

Nichts auf dieser Seite beschreibt, was ein Schlagschrauber tut, weil das Dokument sie nicht behandelt und wir die Lücke nicht mit einer Vermutung füllen. Was die ältere Ausgabe festhält, ist, dass 1994 die übliche Art, Drehmoment zu messen, bei ihnen nicht funktionierte. Das ist eine Aussage über Messtechnik, nicht darüber, ob die Werkzeuge etwas taugen.

Und nachträgliches Prüfen misst es auch nicht

Noch ein Satz aus dem Prüfverfahren von 1994, der weiter geht als alles über die Werkzeuge.

Setzt man einen Schlüssel erneut auf ein bereits festes Verbindungselement, misst man das Drehmoment, das nötig ist, um es wieder zu bewegen, und die Norm sagt, dass dies schlecht mit dem korreliert, worum es Ihnen ging. Deshalb muss die Messung erfolgen, während die Verbindung hergestellt wird, und deshalb kann niemand einen Streit über eine fertige Verbindung durch Nachprüfen beilegen.

Dasselbe Misstrauen taucht überall auf, sobald man danach sucht. Eine Spezifikation für Stahlbauverschraubungen veröffentlichte 1951 eine Drehmomenttabelle und zog sie 3 Jahre später zurück, gestützt auf Belege für Abweichungen von plus oder minus 40 Prozent, und die US-Bundesnorm für Elektrik druckt überhaupt keinen Drehmomentwert ab. Drei voneinander unabhängige Dokumente, eine Gewohnheit: der Zahl allein nicht trauen.

Was die Norm verweigert

Zwei Grenzen nennt die Einleitung des Dokuments selbst, und beide sind wichtig dafür, wie eine veröffentlichte Angabe zu lesen ist.

• Das Verfahren ist dafür ausgelegt, die Leistung in einer Laborumgebung zu messen, und „ist nicht als routinemäßige Prüfung im Werk gedacht“ (sinngemäß übersetzt)
• Es „bleibt ein grundlegendes Prüfverfahren, ohne den Versuch, Annahmekriterien festzulegen“ (sinngemäß übersetzt). Jede Mindestleistungsanforderung liegt in der Verantwortung des Anwenders

Die Norm sagt Ihnen also, wie sehr ein Werkzeug schwankt. Sie sagt Ihnen nicht, wie viel Schwankung für das, was Sie bauen, annehmbar ist. Dieses Urteil wurde zurückgegeben, bevor der erste Messwert aufgenommen war.

Was daraus folgt

• Die Drehmomentrate gehört zur Verbindung, nicht zum Werkzeug, und wird in Newtonmeter pro Umdrehung gemessen
• Die beiden Prüfverbindungen liegen um den Faktor 24 auseinander: volles Drehmoment bei der einen nach rund einer Zwölfteldrehung, bei der anderen nach rund zwei Umdrehungen
• Das Werkzeug wird an beiden bei derselben Einstellung geprüft, und die Differenz der beiden Mittelwerte hat einen Namen: Mittelwertverschiebung
• Was das Verfahren misst, ist Streuung, angegeben als 6s-Spannweite, die 99,73 Prozent der Messwerte umfasst, kein Drehmoment
• Das Nenndrehmoment wird an der weichen Verbindung ermittelt, am leichten Ende des Bereichs
• 25 Messwerte an jeder Verbindung, mit starr befestigtem Werkzeug, damit der Bediener keinen Einfluss nehmen kann
• Schlag- und Impulsschrauber liegen außerhalb der Norm. Die Ausgabe von 1994 begründete das damit, dass ihr aufgebrachtes Drehmoment mit herkömmlichen Messmitteln nicht gemessen werden könne; die Ausgabe von 2017 behält den Ausschluss bei und streicht die Begründung
• Das statische Restdrehmoment korreliert schlecht mit dem Zustand der Verbindung, daher wird dynamisch während des Anziehens gemessen
• Die Norm legt keine Annahmekriterien fest. Was als gut genug gilt, bleibt dem Anwender überlassen

50 Jahre Arbeit wurden zu vier Wörtern, und sie sind ein besserer Rat, als jede Zahl es gewesen wäre. Die Norm stimmt ihm auf ihre Weise zu. Sie sagt nie, wie hoch das Drehmoment sein soll. Sie verwendet 15 Seiten darauf zu messen, wie weit dasselbe Werkzeug bei derselben Einstellung danebenliegt.

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 misst ISO 5393 tatsächlich?

Die Drehmomentwiederholbarkeit, von der Norm Streuung genannt. Sie liefert ein Verfahren, diese Streuung über einen Bereich von Drehmomentraten, über einen vom Hersteller festgelegten Bereich der Drehmomenteinstellung und über eine Anzahl von Arbeitszyklen zu messen. Es ist ein Laborverfahren und nicht als routinemäßige Prüfung im Werk gedacht.

Was ist eine Drehmomentrate?

Die Zunahme des Drehmoments mit dem Drehwinkel beim Eindrehen eines Verbindungselements in eine Gewindeverbindung, angegeben in Newtonmeter pro Umdrehung. Sie ist eine Eigenschaft der angezogenen Verbindung und nicht des Werkzeugs, das anzieht.

Wie verschieden sind die beiden Prüfverbindungen?

In der Ausgabe von 1994 erreicht die Verbindung mit hoher Drehmomentrate das volle Prüfdrehmoment von 10 Prozent an über 27 Grad Drehung, etwa 30 Grad von null an. Die Verbindung mit niedriger Drehmomentrate braucht nicht weniger als 650 Grad, etwa 720 von null an. Das ist eine Zwölfteldrehung gegenüber zwei vollen Umdrehungen, nach unserer Division ein Faktor von 24.

Warum überhaupt an zwei Verbindungen prüfen?

Weil die hohe und die niedrige Rate laut Norm den praktischen Bereich der Bedingungen überspannen, die die Drehmomentabgabe eines Werkzeugs beeinflussen. Dasselbe Werkzeug wird bei derselben Einstellung an beiden betrieben, und die Differenz der beiden mittleren Drehmomente wird als Mittelwertverschiebung angegeben.

Ist das Nenndrehmoment eines Werkzeugs das Höchste, was es liefern kann?

Es ist definiert als das höchste mittlere Drehmoment, wie vom Hersteller festgelegt, das ein Werkzeug an einer Verbindung mit niedriger Drehmomentrate erreicht. Das ist die weiche Verbindung, die zwei Umdrehungen braucht. Die Norm erwartet auch, dass sich dasselbe Werkzeug an der harten Verbindung anders verhält, und quantifiziert das gesondert.

Gilt das für Schlagschrauber?

Nein. Der Anwendungsbereich schließt Schlag- oder Impulsschrauber, Ratschenschlüssel oder Schlüssel mit Ratschenkupplung sowie andere Werkzeuge aus, die Verbindungselemente in unstetigen Schritten vorantreiben. Nichts auf dieser Seite beschreibt, was ein solches Werkzeug tut. Die Ausgabe von 1994 nannte den Grund für den Ausschluss, dass das aufgebrachte Drehmoment dieser Werkzeuge mit herkömmlichen Messmitteln nicht gemessen werden kann; die Ausgabe von 2017 behält den Ausschluss bei und streicht die Begründung.

Kann ich ein angezogenes Verbindungselement prüfen, indem ich einen Drehmomentschlüssel erneut ansetze?

Für ihre eigenen Zwecke empfiehlt die Norm das nicht. Sie stellt fest, dass statische Messungen des Restdrehmoments nur schlecht mit dem Zustand der Verbindung, also der Vorspannung, korrelieren, und verlangt daher, dass alle ihre Leistungsmessungen dynamisch während des Anziehvorgangs vorgenommen werden.

Sagt die Norm, welche Leistung gut genug ist?

Nein. Ihre Einleitung sagt, sie bleibe ein grundlegendes Prüfverfahren ohne den Versuch, Annahmekriterien festzulegen, und jede Mindestleistungsanforderung liege in der Verantwortung des Anwenders, entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung.

Welches Drehmoment soll ich für meine Schrauben verwenden?

Diese Seite beantwortet das nicht und gibt keine Anziehempfehlung. Sie zeigt, warum sich eine einzelne Einstellung schlecht zwischen Werkstoffen übertragen lässt: Die Verbindung, nicht das Werkzeug, bestimmt, wie schnell das Drehmoment steigt, und die Norm, die Werkzeuge misst, legt ihre beiden Referenzverbindungen um den Faktor 24 auseinander.

Quellen

• ISO 5393:2017, Rotary tools for threaded fasteners, Performance test method. Dritte Ausgabe, kostenlose Vorschau von 15 Seiten bis zur gedruckten Seite 9, mit Anwendungsbereich, Einleitung und vollständigen Begriffen
• ISO 5393:1994, zweite Ausgabe, kostenlose Vorschau von 9 Seiten bis zu den Anforderungen an die Prüfverbindungen, dem Prüfverfahren und dem Auswertungsabschnitt
• r/woodworking, wo 50 Jahre Handwerkserfahrung zu vier Wörtern über das Anziehen wurden

Zwei kostenlose Vorschauen wurden heruntergeladen und gelesen: ISO 5393:2017 (Katalog 63133, 15 Seiten, bis zur gedruckten Seite 9) und ISO 5393:1994 (Katalog 11429, 9 Seiten, bis zum Auswertungsabschnitt). Diese Website verwendet zum ersten Mal eine Norm des Komitees für Kraftwerkzeuge, und jeder aus einer der beiden Ausgaben zitierte Wert wurde an einem gerenderten Bild der Seite geprüft statt an extrahiertem Text. Die Winkelwerte für die Verbindungen mit hoher und niedriger Drehmomentrate, 27 und 650 Grad und ihre Gesamtwerte von 30 und 720, stammen aus der Ausgabe von 1994, weil die Vorschau von 2017 vor deren eigenem Abschnitt über Prüfverbindungen endet. Die Einleitung von 2017 sagt, die Fassung enthalte einige Änderungen an den Spezifikationen der Prüfverbindungen und des Prüfverfahrens, und mit ihr erzielte Ergebnisse würden sich voraussichtlich nicht wesentlich von denen der vorherigen Fassung unterscheiden; das ist der Wortlaut des Dokuments, und wir behaupten nicht, dass die Werte von 2017 identisch sind. Folgendes ist unsere eigene Rechnung, keine Aussage einer der beiden Ausgaben: dass 720 geteilt durch 30 gleich 24 ist und 650 geteilt durch 27 etwa dasselbe; dass 30 Grad eine Zwölfteldrehung und 720 zwei Umdrehungen sind; dass 25 Messwerte an jeder von zwei Verbindungen 50 pro Prüfung ergeben; und dass der Anwendungsbereich von 0,5 bis 2 000 Newtonmeter einen Faktor von 4000 umspannt. Die Norm schließt Schlag- und Impulsschrauber, Ratschenschlüssel und Schlüssel mit Ratschenkupplung ausdrücklich aus, daher beschreibt nichts auf dieser Seite das Verhalten eines solchen Werkzeugs. Wir empfehlen keinen Drehmomentwert, geben keine Anziehempfehlung, kommentieren kein Werkzeug und nennen keine Marke. Ein Satz des Abschnitts 5.2.1 von 1994 über die Verbindung mit hoher Rate ist im gescannten Original beschädigt; wir haben nur die lesbaren Teile verwendet und ihn nicht wörtlich zitiert. ISO 2787, der EURAMET-Kalibrierleitfaden und die Anhänge A bis G der Ausgabe von 2017 wurden nicht gelesen. Wir haben den Forumsbeitrag gelesen, nicht die Antworten, und auf dieser Seite erscheint kein Forenname.