Die Mutter wurde verklebt, damit sie sich nicht drehen konnte. Sie verlor trotzdem 40 % ihrer Klemmkraft.

Der Versuch

Jiang, Zhang und Lee wollten das früheste Stadium der selbsttätigen Lockerung unter Querwechselbelastung untersuchen. Um das Verdrehen von allem anderen zu trennen, verklebten sie die Muttern mit einer hochfesten Schraubensicherung mit den Schrauben, sodass Losdrehen als Mechanismus ausschied.

Eine spätere Studie von Gong, Liu und Ding enthielt eine Kontrollvariante, die dasselbe von der anderen Seite zeigt. Sie verglichen Modelle mit und ohne Steigungswinkel. Der steile Anfangsabfall trat in beiden auf. Ein Gewinde ohne Steigung kann sich nicht abwickeln, also kann der anfängliche Verlust nicht hauptsächlich Losdrehen sein. In ihren simulierten Fällen stabilisierte sich der Anteil der zyklischen Plastizität weitgehend nach etwa drei bis zehn Zyklen — allerdings ist das eine versuchsspezifische Zahl, keine allgemeine Regel.

Das ist nicht einfach Setzen, und die Unterscheidung steht in der Richtlinie

Der naheliegende Einwand lautet, dies sei nur Setzen unter anderem Namen. Das ist es nicht, oder zumindest ist es nicht nachgewiesen, und VDI 2230 hält beides bewusst getrennt.

§5.4.2.1 definiert Setzen eng: als plastisches Einebnen der Oberflächenrauheit nach der Montage; der daraus folgende Vorspannkraftverlust wird mit Gl. (113) berechnet. Diese Definition kann einen Teil der Abflachung von Rauheitsspitzen zu Beginn eines Schwingversuchs plausibel abdecken. Ratcheting am Gewindegrund oder den Mechanismus der Spannungsumlagerung deckt sie nicht automatisch ab.

Die Lackstiftkontrolle ist dafür blind

An dieser Stelle ändert sich, was wir empfehlen. Unser eigener Artikel darüber, warum sich Schrauben lösen, empfiehlt die Kontrollmarkierung: ein Strich über Mutter und Flansch, der später geprüft wird. Sie kostet nichts und ist wirklich nützlich. Man sollte aber genau sagen, was sie kann und was nicht.

NASA-STD-5017B behandelt Drehmomentmarkierungen als Montagenachweis — als Beleg, dass der Arbeitsschritt ausgeführt wurde — und nicht als Messung der Vorspannkraft. So sollte man eine Kontrollmarkierung lesen: Sie bestätigt einen Prozess und erkennt Verdrehen. Ein erheblicher Vorspannkraftverlust ohne Verdrehen kann eintreten, ohne die Markierung überhaupt zu verändern.

Also nachziehen und prüfen — nur misst das die Reibung

Der nächste Reflex ist, einen Drehmomentschlüssel anzusetzen und zu prüfen, ob die Schraube noch das vorgeschriebene Drehmoment hält. Das ist eine echte Prüfung, und sie findet echte Fehler. Die verbleibende Klemmkraft verrät sie jedoch nicht.

• Das Losbrechmoment ist nicht das Anziehdrehmoment, skaliert mit der verbleibenden Vorspannkraft. Nassar und Yang leiteten getrennte Ausdrücke für Anzieh- und Losbrechmoment her, die ausdrücklich Gleit- gegenüber Haftreibung, Gewindegeometrie, Kopfreibung und Verteilung der Flächenpressung enthalten
• Das Restdrehmoment kann sich ändern, ohne dass sich die Vorspannkraft ändert. Jiao, Nam, Kim und Oh variierten Beschichtung, Schmierung, Drehmomenthöhe und Anziehablauf und fanden, dass Änderungen von Reibung und Oberflächentopografie das Restdrehmoment ohne entsprechende Änderung der Vorspannkraft verschoben
• Bei ihren in Gruppen angezogenen Proben verlief die Korrelation in die falsche Richtung — sowohl Weiterdreh- als auch Losdreh-Restmomente korrelierten negativ mit der Vorspannkraft
• Die Prüfung selbst verändert das Teil. Das Aufbringen des Prüfdrehmoments kann den Spannungs- und plastischen Verformungszustand der Schraube ändern

Was sie tatsächlich misst

Zur Größenordnung: Ein Team der NASA und der Aerospace Corporation berichtete, dass kalibrierte Ultraschallmessung in ihrer konkreten Vorrichtung mit einer Kraftmessdose auf etwa ±3 % übereinstimmte, gegenüber einer Vorspannkraftstreuung von rund ±25 % bei üblicher drehmomentgesteuerter Montage. Dieses Verhältnis ist das Argument dafür, eine wirklich wichtige Verbindung mit Messtechnik auszustatten — und es passt zu dem, was der Anziehfaktor bereits aussagt.

Was wir nicht behaupten

Was daraus folgt

1. Behalten Sie den Lackstift. Er kostet nichts und beantwortet eine Frage eindeutig: ob sich die Mutter gedreht hat. Lesen Sie einen unveränderten Strich nur nicht als „Vorspannkraft intakt“.
2. Beseitigen Sie das Quergleiten, statt das Symptom zu überwachen. Passstifte, Absätze, höhere Reibung in der Trennfuge. Das ist die einzige Gegenmaßnahme, die an der Ursache ansetzt, statt sie zu bekämpfen — die Rangfolge steht in Warum sich Schrauben lösen.
3. Wenn die Verbindung wichtig ist, messen Sie die Länge, nicht das Drehmoment. Per Ultraschall oder mit Messschraube, mit der Kalibrierung, die das Verfahren verlangt.
4. Akzeptieren Sie eine Drehmomentprüfung nicht als Nachweis der Klemmkraft, sofern niemand diese Prüfung an genau dieser Verbindung kalibriert hat.
5. Legen Sie fest, nach welchem Versagen Sie eigentlich suchen. Verdrehen, Vorspannkraftverlust ohne Verdrehen und Ermüdungsrisse brauchen drei verschiedene Instrumente, und ein Drehmomentschlüssel ist für keines davon die richtige Antwort.

Quellen

• Yanyao Jiang, Ming Zhang und Chu-Hwa Lee, ‘A Study of Early Stage Self-Loosening of Bolted Joints’, Journal of Mechanical Design 125(3), 2003, S. 518–526, DOI 10.1115/1.1586936 — Muttern mit den Schrauben verklebt; 10 % bis über 40 % Klemmkraftverlust nach 200 Zyklen; zyklische Plastizität und Ratcheting am Grund der tragenden Gewindegänge
• Hao Gong, Jianhua Liu und Xiaoyu Ding, ‘Study on the mechanism of preload decrease of bolted joints subjected to transversal vibration loading’, Proc. IMechE Part B 233(12), 2019, S. 2320–2329, DOI 10.1177/0954405419838675 — der Vergleich mit und ohne Steigungswinkel; Phase I auf Spannungsumlagerung und zyklische plastische Verformung zurückgeführt
• VDI 2230 Blatt 1:2015 §5.4.2 (Setzen, selbsttätiges Losdrehen, Relaxation, Temperatur und Überlastung als getrennte Ursachen) und §5.4.2.1 mit Gl. (113) (Setzen definiert als plastisches Einebnen der Oberflächenrauheit nach der Montage)
• Sayed A. Nassar und Xianjie Yang, ‘Novel Formulation of the Tightening and Breakaway Torque Components in Threaded Fasteners’, Journal of Pressure Vessel Technology 129(4), 2007, S. 653–663, DOI 10.1115/1.2767354
• Yixuan Jiao, Juhyun Nam, Dongwon Kim und Je Hoon Oh, ‘Residual torque–preload correlation in bolted joints and its application to reducing preload dispersion’, Engineering Structures 361, 2026, 122949, DOI 10.1016/j.engstruct.2026.122949
• Jianfei Fan und Mitautoren, ‘Failure behaviour of bolted structures under cyclic transverse displacement’, Tribology International 178, 2023, 108030 — der Verlauf schnell–langsam–schnell, im Zusammenhang mit Ermüdung bis zum Bruch
• NASA-STD-5020B §4.3.2 (Zusammenhang von Drehmoment, Winkel oder Längung mit der Vorspannkraft muss durch Versuche belegt werden); NASA-STD-5017B (Drehmomentmarkierung als Montagenachweis); ASTM E1685-20(2026) §§4–5 (Ultraschall-Impuls-Echo); Johnson und Mitautoren, NASA und Aerospace Corporation, 2014, NTRS 20150004065 (etwa ±3 % Ultraschall gegenüber kalibrierter Kraftmessdose, verglichen mit rund ±25 % bei drehmomentgesteuerter Montage)

Für die Abnahme einer bestimmten Verbindung sind Ihre Zeichnung und Ihre eigenen Prüfungen maßgebend.

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

Kann eine Schraube Klemmkraft verlieren, ohne dass sich die Mutter dreht?

Ja, und zwar erheblich. In einer Studie von Jiang, Zhang und Lee aus dem Jahr 2003 waren die Muttern mit einer hochfesten Schraubensicherung mit den Schrauben verklebt, sodass Losdrehen unmöglich war; trotzdem verringerte Querwechselbelastung die Klemmkraft je nach Lasthöhe um 10 % bis über 40 % nach 200 Zyklen. Der Mechanismus wurde auf örtliche zyklische Plastizität und Dehnungsratcheting nahe dem Grund der tragenden Gewindegänge mit anschließender Spannungsumlagerung zurückgeführt, nicht auf ein Verdrehen der Mutter.

Ist das nur Setzen?

Nicht ohne Weiteres, und die Unterscheidung ist wichtig, weil VDI 2230 beides trennt. Abschnitt 5.4.2 von VDI 2230 Blatt 1 führt Setzen der Kontaktflächen, selbsttätiges Losdrehen, Relaxation des Werkstoffs sowie Temperatur oder Überlastung als getrennte Ursachen auf, und Abschnitt 5.4.2.1 definiert Setzen eng als plastisches Einebnen der Oberflächenrauheit nach der Montage. Gewöhnliches Setzen kann in einer realen Verbindung beitragen, doch die Studien führen den frühen Abfall hauptsächlich auf zyklische Plastizität und Spannungsumlagerung an den Gewindekontakten zurück, also auf einen anderen Mechanismus.

Beweist eine Kontrollmarkierung, dass die Vorspannkraft noch vorhanden ist?

Nein. Ein Strich über Mutter und Flansch erkennt relatives Verdrehen, Manipulation und Losdrehen; das ist wirklich nützlich und kostet nichts. Zyklische Plastizität am Gewindegrund, Setzen, Relaxation oder Kriechen des Werkstoffs erkennt er nicht. NASA-STD-5017B behandelt Drehmomentmarkierungen als Montagenachweis und nicht als Messung der Vorspannkraft, und ein erheblicher Vorspannkraftverlust ohne Verdrehen kann eintreten, ohne die Markierung überhaupt zu verändern.

Kann ich die verbleibende Vorspannkraft mit einem Drehmomentschlüssel prüfen?

Nicht zuverlässig ohne Kalibrierung an genau dieser Verbindung. Nassar und Yang leiteten getrennte Ausdrücke für Anzieh- und Losbrechmoment her, die Gleit- gegenüber Haftreibung, Gewindegeometrie, Kopfreibung und Flächenpressungsverteilung enthalten; das Losbrechmoment ist also nicht das mit der verbleibenden Vorspannkraft skalierte Anziehdrehmoment. Jiao und Mitautoren fanden, dass Änderungen von Reibung und Oberflächentopografie das Restdrehmoment ohne entsprechende Änderung der Vorspannkraft verschoben, und bei ihren in Gruppen angezogenen Proben korrelierte das Restdrehmoment negativ mit der Vorspannkraft. Das Aufbringen des Prüfdrehmoments kann zudem die Schraube selbst verändern.

Sind Drehmomentprüfungen also nutzlos?

Nein, und das zu behaupten wäre falsch. Eine Drehmomentprüfung erkennt grobe Bewegung, fehlende Verbindungselemente, zerstörte Kontrollmarkierungen und einen starken Widerstandsverlust, und all das ist wichtig. Die verbleibende Klemmkraft in der Verbindung kann sie nicht feststellen. Dafür braucht man ein vorspannkraftempfindliches Verfahren wie die Ultraschall-Längenmessung nach ASTM E1685, eine Messschraube oder einen qualifizierten direkten Vorspannkraftanzeiger.

Fällt die Vorspannkraft immer in drei Phasen ab?

Nein. Ein Verlauf schnell, dann langsam, dann wieder schnell wird in bestimmten Ermüdungsversuchen bis zum Bruch berichtet und ist in diesem Zusammenhang real; weder die Normen noch die breitere Literatur machen daraus jedoch ein allgemeines Gesetz, und es gibt keine allgemeinen Phasengrenzen, weil die berichteten von Probe und Last abhängen. Außerdem hängt der letzte schnelle Abfall in diesen Versuchen mit Ermüdungsrisswachstum und Endbruch zusammen, nicht mit erneutem Losdrehen.