Wie beeinflusst eine verschmutzte oder ölige Unterlegscheibe das berechnete Anzugsdrehmoment einer Schraubverbindung?
Eine verschmutzte oder ölige Unterlegscheibe verändert den Reibungsbeiwert ($\mu$) der Schraubverbindung massiv. Da das berechnete Anzugsdrehmoment ($M_A$) direkt von den Reibungsverhältnissen abhängt, hat dies gravierende Auswirkungen auf die tatsächlich erreichte Vorspannkraft ($F_V$).
Man muss hier zwei gegensätzliche Szenarien unterscheiden:
1. Die ölige/geschmierte Unterlegscheibe (Reibung sinkt)
Wenn die Berechnung von einer "trockenen" oder nur "leicht geölten" Verbindung ausgeht, die Scheibe aber stark ölig oder fettig ist, sinkt der Reibungsbeiwert unter dem Schraubenkopf bzw. der Mutter ($\mu_K$).
- Der Effekt: Bei gleichem Anzugsdrehmoment wird weniger Energie benötigt, um die Reibung zu überwinden. Dadurch wird ein viel größerer Anteil des Drehmoments in die Vorspannkraft umgesetzt.
- Die Folge: Die Schraube wird überzogen. Die Vorspannkraft wird deutlich höher als berechnet.
- Gefahr: Die Schraube kann sich plastisch verformen (dehnen) oder im schlimmsten Fall abreißen. Auch das Bauteil oder die Unterlegscheibe selbst könnten durch die zu hohe Flächenpressung beschädigt werden.
2. Die verschmutzte/korrodierte Unterlegscheibe (Reibung steigt)
Wenn die Scheibe verrostet, staubig, sandig oder mit Lackresten verschmutzt ist, steigt der Reibungsbeiwert ($\mu_K$) stark an.
- Der Effekt: Ein Großteil des angewendeten Drehmoments wird bereits an der Kopfauflage "aufgefressen", um die hohe Reibung zu überwinden. Es bleibt weniger Drehmoment übrig, um die Schraube tatsächlich zu dehnen.
- Die Folge: Die erreichte Vorspannkraft ist zu gering, obwohl der Drehmomentschlüssel den korrekten Wert anzeigt.
- Gefahr: Die Verbindung ist nicht fest genug. Unter Betriebslast (Vibrationen, wechselnde Kräfte) kann sich die Schraube lockern (Selbsttätiges Losdrehen) oder durch Ermüdung brechen, da sie nicht steif genug mit den Bauteilen verspannt ist.
Der physikalische Hintergrund
Das Anzugsdrehmoment setzt sich grob aus drei Komponenten zusammen:
- Gewindereibung (ca. 40 %)
- Kopfreibung / Reibung an der Unterlegscheibe (ca. 50 %)
- Nutzeffekt zur Vorspannung (nur ca. 10 %)
Man sieht: Etwa 90 % des Drehmoments dienen nur dazu, die Reibung zu überwinden. Wenn sich durch Öl oder Schmutz der Reibungsbeiwert an der Unterlegscheibe ändert, hat das eine enorme Hebelwirkung auf die verbleibenden 10 % Nutzeffekt (die Vorspannkraft).
Zusammenfassung der Auswirkungen
| Zustand der Scheibe | Reibung ($\mu$) | Vorspannkraft bei gleichem Drehmoment | Risiko |
|---|---|---|---|
| Ölig / Fettig | Niedriger als geplant | Viel zu hoch | Schraubenbruch / Überdehnung |
| Verschmutzt / Rostig | Höher als geplant | Viel zu niedrig | Lockern der Verbindung / Ermüdungsbruch |
Fazit für die Praxis
- Sauberkeit: Unterlegscheiben und Kontaktflächen müssen sauber und frei von Fremdkörpern sein.
- Definition: Das berechnete Drehmoment gilt immer nur für einen spezifischen Reibungszustand (z. B. $\mu = 0,14$).
- Gleichmäßigkeit: Verschmutzungen führen zu unvorhersehbaren Streuungen. Das bedeutet, bei zehn Schrauben hat jede eine andere Vorspannkraft, was besonders bei Flanschverbindungen zu Undichtigkeiten führen kann.
Regel: Wenn das Handbuch "trocken" vorschreibt, muss die Scheibe entfettet sein. Wenn "geölt" vorschreibt, muss das definierte Schmiermittel verwendet werden. Schmutz ist in jedem Fall zu vermeiden.