Ein Drehmomentschlüssel misst Widerstand und kann nicht sagen, woher er kommt

Die Zahlen im Beitrag sind berichtet, nicht gemessen, und sollten in dieser Schublade bleiben: ein Werkswert von 89 lbf·ft, rund 121 N·m, und ein Versagen, das der Fragesteller nach Gefühl unter 60 schätzte, rund 81. Der Ersatzsatz kam nach seiner Prüfung mit unter 50 aus dem Autohaus zurück, rund 68. Entscheidend sind nicht die genauen Zahlen, sondern das Muster: ein Verbindungselement, das an einer Stelle versagt, auf die die Spezifikation nie gezeigt hat.

Das Einzige, was ein Drehmomentschlüssel nicht misst

Er misst ein Moment um die Achse. Das ist alles. Was auch immer der Drehung entgegenwirkt, trägt dazu bei, und das Werkzeug kann die Beiträge nicht trennen. Bei einem gewöhnlichen Anziehen kommt das Moment aus drei Quellen, und diese Website hat die Aufteilung schon behandelt: Reibung im Gewinde, Reibung unter der Auflagefläche und der kleine Rest, der tatsächlich zu Klemmkraft wird. Deshalb ist eine Drehmomentvorgabe stillschweigend eine Reibungsvorgabe.

Kommt eine vierte Quelle hinzu, kündigt der Wert sie durch nichts an. Erreicht der Bolzen das geschlossene Ende der Mutter, bevor der Sitz anliegt, wird der Kopf der Mutter zum harten Anschlag. Ab diesem Moment wird das Drehmoment von einem Metall-auf-Metall-Kontakt im Inneren der Mutter getragen, auf einem Radius nahe der Achse, und es steigt steil an, weil nichts nachgibt. Steil ansteigender Widerstand ist genau das, wonach sich das Ende eines korrekten Anziehens anfühlt.

Darum ist das Abscheren kein Beleg für die Festigkeit der Mutter. Der Antrieb versagte, während er ein Moment trug, das an eine nutzlose Stelle ging. Ob dieselbe Mutter an einer Verbindung, die sich richtig schließt, den Vorgabewert erreicht hätte, ist eine andere Frage, und der Beitrag hat sie nie gestellt.

Warum eine geschlossene Mutter das kann und eine offene nicht

Eine gewöhnliche Sechskantmutter ist offen. Ist der Bolzen länger als die Mutter, tritt er oben aus, und nichts hält die Mutter auf. Die Höhe der Mutter bestimmt daher, wie viel Gewinde im Eingriff ist, nicht, wie weit sie laufen kann.

Eine Hut- oder Kappenmutter verschließt diesen Ausgang. Jeder Millimeter Bolzen über die nutzbare Gewindetiefe in der Kappe hinaus ist ein Millimeter, den die Mutter nicht laufen kann, und es muss nicht viel sein: Laut ISO 4032 ist eine Standard-Sechskantmutter ohnehin nicht besonders hoch.

Zwischen fünfeinhalb und sechs Gewindegängen, von unten bis oben. Die letzte Spalte ist unsere Rechnung aus den beiden tabellierten. Dieselbe Tabelle enthält eine zweite, kleinere Höhe, deren Definition in einer Abbildung steht, die die öffentliche Vorschau nicht enthält; wir verwenden sie daher nicht. Ihr Vorhandensein erinnert aber daran, dass die Außenhöhe einer Mutter und der Teil, der tatsächlich arbeitet, schon im einfachen Fall zwei verschiedene Zahlen sind.

Und hier liegt die Lücke, die die Frage des Fragestellers unbeantwortbar machte. Wir konnten überhaupt keine ISO-Norm für Hut- oder Kappenmuttern finden. Das Maß, das entscheidet, ob eine solche Mutter auf Grund läuft, die nutzbare Gewindetiefe in der Kappe, ist in keinem Dokument veröffentlicht, das wir lesen können. Wer ein Felgenschloss in der Hand hält, hat also die Gewindegröße, den Sitzwinkel und einen Drehmomentwert, der zu einer anderen Mutter gehört, und keine Möglichkeit, die eine Zahl zu prüfen, auf die es ankommt.

Derselbe Mechanismus, den diese Website gelobt hat, mit umgekehrtem Vorzeichen

Wir haben über gewolltes Auf-Grund-Laufen zustimmend geschrieben. Eine Schraube, die bis zu einem konstruierten harten Anschlag angezogen wird, wird unempfindlich gegen Reibung, weil die Laststeuerung vom Drehmoment auf den Weg übergegangen ist. Das ist ein guter Tausch und eine echte Konstruktionstechnik.

Der Unterschied liegt nicht darin, ob das Verbindungselement anhält. Er liegt darin, worauf der Anschlag drückt.

Lesen Sie die letzte Zeile zweimal. In beiden Fällen trägt der Drehmomentwert keine Information mehr, sobald der Anschlag erreicht ist. Im einen Fall hat ein Konstrukteur dafür gesorgt, dass etwas anderes sie trägt. Im anderen trägt sie nichts.

Was der Mechaniker sagte, genau gelesen

Die Antwort der Werkstatt lautete, man ziehe diese Muttern nie mit Drehmoment an. Als Praxis ist das vertretbar und hält die Muttern wahrscheinlich heil. Als Antwort tut es etwas Schlimmeres als falsch zu sein: Es verwandelt eine Ursache, die man hätte messen können, in eine Gewohnheit, die sich nicht prüfen lässt. Niemand danach kann sagen, ob ein bestimmtes Rad korrekt, locker oder zufällig richtig angezogen wurde, und wer es als Nächstes anfasst, erbt alle drei Möglichkeiten zugleich.

Die messbare Fassung desselben Verdachts ist kurz. Steht eine Mutter im Verdacht, auf Grund zu laufen, dreht man sie ohne Rad auf den Bolzen und prüft, ob sie die Sitzposition mit Gewindereserve erreicht, oder vergleicht, wie weit sie sich im Vergleich zu den anderen des Satzes frei drehen lässt. Das ist eine Längenfrage, und die Länge ist die eine Größe in einer Schraubenverbindung, die nicht von der Reibung abhängt.

Eine Grenze dieser Seite. Sie sagt nicht, dass die Schlösser fehlerhaft waren, sie sagt nicht, dass Felgenschlösser schwächer sind als gewöhnliche Muttern, und sie nennt keinen Hersteller. Der Fragesteller berichtete, der Hersteller habe das Auf-Grund-Laufen als wahrscheinliche Ursache bestätigt; das ist der Bericht über ein Gespräch, keine Messung, und diese Seite behandelt es so. Außer Zweifel steht der Mechanismus, denn dieser Teil ist Rechnung darüber, wohin ein Moment geht.

Die allgemeine Form, die man von dieser Seite mitnehmen sollte

• Ein Drehmomentwert ist eine Aussage über eine Verbindung, nicht über eine Mutter. Ihn auf eine andere Mutter am selben Bolzen zu übertragen, enthält eine Annahme, die niemand aufgeschrieben hat
• Steigender Widerstand ist kein Beleg für steigende Klemmkraft. Der Schlüssel kann einen anliegenden Sitz nicht von einem Bolzen unterscheiden, der an den Kopf stößt
• Hält das Verbindungselement an, fragen Sie, wogegen es angehalten hat. Ein konstruierter Anschlag im Kraftfluss ist ein Steuerverfahren; ein zufälliger außerhalb davon ist eine Verbindung ohne Last
• Wenn ein Maß über das Ergebnis entscheidet und kein Dokument es veröffentlicht, ist die ehrliche Position, dass sich die Frage aus den Unterlagen nicht klären lässt; das ist eine andere Lage, als wenn sich die Unterlagen widersprechen

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

Warum schert eine Felgenschloss-Mutter unterhalb des vorgegebenen Drehmoments ab?

Eine dokumentierte Möglichkeit, und die, die sich der Fragesteller im Ausgangsbeitrag vom Hersteller bestätigen ließ, ist, dass die Mutter auf Grund läuft: Der Bolzen erreicht das geschlossene Ende der Mutter, bevor der Sitz anliegt, sodass das Drehmoment von Metall in der Mutter getragen wird statt von der Verbindung. Der Schlüssel zeigt in beiden Fällen ein steigendes Moment und klickt beim eingestellten Wert, sodass der Antrieb versagen kann, während er eine Last trägt, die nie im Kraftfluss der Klemmung ankam. Das ist ein Passungsproblem und kein Beleg über den Werkstoff der Mutter.

Kann ein Drehmomentschlüssel erkennen, ob die Klemmkraft tatsächlich vorhanden ist?

Nein. Er misst ein Moment um die Achse und kann die Quellen dieses Moments nicht trennen. Beim normalen Anziehen ist das meiste davon Reibung im Gewinde und unter der Auflagefläche, und nur ein kleiner Rest wird zu Klemmkraft. Entsteht irgendwo in der Baugruppe ein harter Kontakt, trägt auch er bei und fühlt sich gleich an. Ein steigender, dann steil steigender Widerstand ist das, wonach sich ein korrektes Anziehen anfühlt, und ebenso das, wonach sich Auf-Grund-Laufen anfühlt.

Wie hoch ist eine Standard-Sechskantmutter, in Gewindegängen?

Etwa fünfeinhalb bis sechs Steigungen. Setzt man die maximalen Mutterhöhen nach ISO 4032 ins Verhältnis zur Regelsteigung, ergibt eine M8-Mutter mit 6,80 mm und 1,25 mm Steigung etwa 5,4 Steigungen, eine M10 mit 8,40 und 1,5 etwa 5,6 und eine M12 mit 10,80 und 1,75 etwa 6,2. Das ist die Rechnung aus zwei veröffentlichten Spalten, und sie vermittelt ein Gefühl dafür, wie wenig Bolzen eine geschlossene Mutter aufnehmen muss, bevor ihr der Platz ausgeht.

Ist eine Hut- oder Kappenmutter durch eine Norm bemaßt?

Wir konnten keine ISO-Norm dafür finden. Es gibt ISO-Normen für Sechskantmuttern, Flanschmuttern und mehrere Arten von Muttern mit Klemmteil, doch die Familie der geschlossenen Muttern tauchte in unserer Suche nicht auf, und die deutsche Norm, die sie behandelt, liegt uns nicht vor. Die Folge ist praktisch: Die nutzbare Gewindetiefe in der Kappe, das Maß, das über das Auf-Grund-Laufen entscheidet, ist für einen Käufer aus keinem Dokument zugänglich, das wir lesen können.

Meine Werkstatt sagt, sie ziehe Felgenschlösser nie mit Drehmoment an. Ist das vernünftig?

Als Praxis ist es verständlich und verhindert wahrscheinlich das Abscheren. Als Antwort ersetzt es eine Ursache, die man messen könnte, durch eine Gewohnheit, die sich nicht prüfen lässt, denn niemand kann danach sagen, ob eine bestimmte Mutter korrekt, locker oder zufällig richtig angezogen wurde. Besteht der Verdacht des Auf-Grund-Laufens, lässt er sich als Länge prüfen: die Mutter ohne Rad auf den Bolzen drehen und sehen, ob sie die Sitzposition mit verbleibendem Gewinde erreicht, oder ihren freien Lauf mit den anderen Muttern des Satzes vergleichen.

Ist Auf-Grund-Laufen immer schlecht?

Nein, und die Unterscheidung liegt darin, wo der Anschlag sitzt. Ein konstruierter harter Anschlag im Kraftfluss der Klemmung ist ein Steuerverfahren: Er legt einen Weg fest und über eine Federrate eine Kraft, was die Reibungsstreuung beseitigt, die das Drehmoment unzuverlässig macht. Eine Mutter, die auf dem Bolzen auf Grund läuft, setzt den Anschlag in die Mutter und außerhalb des Kraftflusses; sie legt also nichts fest und lässt die Klemmkraft dort, wo sie gerade war. In beiden Fällen trägt der Drehmomentwert keine Information mehr; nur in einem davon übernimmt etwas anderes diese Aufgabe.

Quellen

• ISO 4032:1999 — Sechskantmuttern, Typ 1. Tabelle 1, für die oben verwendeten Werte von Steigung und Mutterhöhe
• r/MechanicAdvice — der Ausgangsbeitrag, einschließlich des Kommentars mit 6 Punkten, der die Ursache benannte, und der Rückmeldung des Fragestellers, die sie bestätigte

Mutterhöhen und Steigungen stammen aus Tabelle 1 von ISO 4032:1999, gelesen in der öffentlichen Vorschau; die Umrechnung dieser Höhen in eine Anzahl von Steigungen ist unsere eigene Rechnung aus zwei veröffentlichten Spalten. Dieselbe Tabelle enthält eine zweite, kleinere Höhe, deren Definition in einer Abbildung steht, die die Vorschau nicht enthält; sie wird daher erwähnt, aber nicht verwendet. Wir haben nach einer ISO-Norm für Hut- oder Kappenmuttern gesucht und keine gefunden; die deutsche Norm, die sie behandelt, liegt uns nicht vor, und auf dieser Seite erscheint kein Maß für die nutzbare Gewindetiefe in einer Kappe. Jede aus dem Beitrag zitierte Zahl ist berichtet, nicht gemessen: der Drehmomentwert, die Werte, bei denen der Fragesteller das Versagen einschätzte, und die von einem Kommentator geschätzten Bruchteile eines Zolls. Kein Hersteller wird genannt, es wird weder behauptet, dass ein Produkt fehlerhaft ist, noch dass Felgenschlösser schwächer sind als gewöhnliche Muttern, und die Bestätigung des Auf-Grund-Laufens durch den Hersteller wird als berichtetes Gespräch behandelt. Für kein Fahrzeug wird ein Anziehdrehmoment für Radmuttern genannt, und diese Seite gibt keinen Rat zur Fahrzeugsicherheit oder dazu, ob solche Muttern montiert bleiben sollten.