Glossar

Die DIN EN 17976:2025-03 ersetzt die nationale DIN 25201 vollständig und vereinheitlicht konstruktive, sicherheitstechnische und funktionale Anforderungen an Schraubenverbindungen im Schienenfahrzeugbau europaweit. Erstmals werden in der neuen Norm beim Löseprozess neben den bereits detaillierten Forderungen zur Sicherheit gegen selbsttätiges Losdrehen auch konkrete Vorgaben für die Restfederwirkung beim Lockern definiert  – zentral für Leichtbau und Betriebssicherheit.

Die DIN EN 17976:2025-03 definiert europaweit neue Standards für Schraubverbindungen in Schienenfahrzeugen und ersetzt dabei die bisherige DIN 25201. Im Fokus steht ein doppelter Sicherungsansatz gegen Lockern und Losdrehen. Veraltete Elemente wie Federringe sind unzulässig. Für elektrische Verschraubungen sind nur einzelne Sicherungselemente erlaubt. Auf Basis der definierten Eigenschaften von Federelementen kann die elastische Nachgiebigkeit und Gleitfestigkeit gesteigert werden.

Die elastische Nachgiebigkeit beeinflusst maßgeblich die Vorspannkraft und Gleitfestigkeit von Schraubenverbindungen. Sie wird durch Schraube, Gegenlagen und geeignete Federelemente bestimmt. Spannscheiben nach DIN 6796 oder NSK-Scheiben erhöhen diese Wirkung und mindern Vorspannkraftverluste, besonders bei kurzen Klemmlängen. Nicht geeignete Elemente sind ausgeschlossen; normkonforme Varianten lassen sich per Restfederkraft prüfen.

Elektrische Schraubenverbindungen dienen der Stromübertragung durch Erzeugung eines möglichst niedrigen Übergangswiderstands mittels Kontaktdruck zwischen leitenden Materialien. Es wird zwischen mittelbarer Stromübertragung, bei der der Strom ausschließlich zwischen geklemmten Kontaktflächen fließt (elektrische Kontaktverschraubung), und unmittelbarer Stromübertragung unterschieden, bei der der Strom über die Schraube oder Zusatzelemente fließt, die isolierende Schichten durchdringen (Erdungs- und Potenzialausgleichsverschraubung). Die jeweilige Ausführung richtet sich nach der elektrischen Funktion und den Eigenschaften der Kontaktoberflächen.

Elektrische Schraubenverbindungen gewährleisten die Stromübertragung durch definierten Kontaktdruck zur Minimierung des Übergangswiderstands zwischen leitenden Werkstoffen. Man unterscheidet zwischen elektrischen Kontaktverschraubungen, bei denen der Strom ausschließlich über die geklemmten Leiter fließt, und Erdungs- bzw. Potentialausgleichsverschraubungen, bei denen der Strom gezielt über die Schraube geleitet wird, um isolierende Schichten zu überbrücken. Letztere erfordern häufig Kontaktscheiben zur Sicherstellung der Leitfähigkeit, etwa bei Erdungsverbindungen auf lackierten Gehäusen.

Erdungs- und Potentialausgleichsverschraubungen ermöglichen die unmittelbare Stromübertragung über die Schraube, wenn isolierende Schichten wie Lack oder Oxid den direkten Leiterkontakt verhindern. Die elektrische Leitfähigkeit wird dabei durch spezielle Kontaktscheiben unterstützt, wobei gleichzeitig mechanische Anforderungen wie Setz- und Relaxationsverhalten durch einen elastischen Aufbau berücksichtigt werden müssen. Aufgrund fehlender Normen erfolgt die Auslegung solcher Verbindungen praxisorientiert nach bewährten Empfehlungen, z. B. aus dem Elektropraktiker oder von Herstellern wie Rittal. In solchen Fällen wird die elektrische Leitfähigkeit gezielt durch Kontaktscheiben – z. B. vom Typ NSK®-K – hergestellt oder unterstützt.

Federringe gemäß DIN 127, 128 und 7980 sind Schraubensicherungselemente zur Vermeidung des selbsttätigen Lösens bei dynamischen Belastungen. Aufgrund ihrer begrenzten Wirksamkeit wurden die zugehörigen Normen 2004 zurückgezogen; eine Anwendung entspricht nicht mehr dem Stand der Technik. Die Einsatzgrenzen liegen bei Schrauben niedriger Festigkeitsklassen, insbesondere bei Verwendung mit Edelstahl ist die Funktion weiter eingeschränkt. Die Sicherung erfolgt durch eine zusätzliche axiale Vorspannkraft und eine mechanische Verspannung bei Relativbewegung. Wegen unzureichender Sicherungswirkung und potenzieller Haftungsrisiken werden Federringe heute durch effektivere Sicherungselemente, wie die NSK-Scheiben ersetzt.

Schraubensicherungselemente erweitern Schraubenverbindungen funktional, indem sie allgemeine Aufgaben wie Druckverteilung und Schonung der Gegenlagen, die Kompensation von Lockerungseffekten sowie die Sicherung gegen selbsttätiges Losdrehen übernehmen. Diese Funktionen werden durch unterschiedliche Bauformen realisiert, wobei multifunktionale Elemente wie NSK®-Scheiben alle drei Wirkbereiche in einem einzigen Bauteil vereinen. Besonders bei kurzen Klemmlängen steigern sie die konstruktive Resilienz und gewinnen daher zunehmend an technischer Bedeutung.

Gleitfestigkeit bezeichnet die maximale Scherkraft, die eine Schraubenverbindung übertragen kann, bevor Bauteile gegeneinander gleiten. Besonders bei kurzen Klemmlängen erhöht der Einsatz federnder Elemente wie Spannscheiben (DIN 6796) oder NSK-Scheiben die Sicherheit gegen Gleiten deutlich. Neben funktionalen Vorteilen unterstützen diese Elemente auch Leichtbauziele und CO₂-Reduktion. Eine Bewertung erfolgt z. B. nach VDI 2230 Blatt 1.

Kriechen ist in der Lockerungsphase einer Schraubenverbindung eine zeitabhängige, plastische und irreversible Verformung unter konstanter Spannung infolge von Versetzungsbewegungen im Werkstoff. Es tritt bei langfristiger Belastung auf, insbesondere bei Überschreitung der Zeitstand- oder Dauerfestigkeit. In Schraubenverbindungen führt Kriechen langfristig zum Vorspannkraftverlust.

Langlochverschraubungen verändern das Kraftverhalten der Verbindung ungünstig: Sie verringern die Flächenpressung, fördern Setzen und Kriechen und begünstigen Losdrehen. Kritisch sind zudem Kerbwirkungen an den Lochflanken und fehlende Schraubenführung. Eine differenzierte Bewertung der Verbindung ist daher notwendig. Da keine Normvorgaben bestehen, empfiehlt sich der Einsatz geprüfter Elemente wie NSK-L, NSK-B oder NSK-EL je nach Anwendung.

Zunächst kommt es bei dem Lösemechanismus von Schraubenverbindungen zur Lockerungsphase. Beim Lockern bzw. in der Lockerungsphase von Schraubenverbindungen sinkt die Vorspannkraft durch Setzen, Relaxation und Kriechen. Die Gleitfestigkeit bleibt erhalten, sodass Betriebskräfte weiterhin durch Klemmung übertragen werden. Setzen erfolgt durch plastisches Einebnen rauer Oberflächen direkt nach der Montage. Relaxation und Kriechen führen langfristig zu weiterem Kraftabbau. Schraubenverbindungen könnten durch spezielle Schraubensicherungselementen gegen das Lockern oder durch multifunktionale Schraubensicherungselemente gesichert werden.

Das Lösen von Schraubenverbindungen erfolgt infolge von Setzen, Kriechen, Relaxation oder dynamischen Querkräften in zwei Phasen: zunächst Lockern durch Vorspannkraftverlust, anschließend ggf. selbsttätiges Losdrehen. Hierbei wird die Klemmkraft reduziert und die Verbindung kraft- oder formschlüssig beeinträchtigt. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist eine Steigerung der elastischen Nachgiebigkeit wesentlich, da sie das Risiko des Losdrehens deutlich mindert. Reine Losdrehsicherungen bergen ein Restrisiko für Schraubenbruch; multifunktionale Sicherungselemente wie NSK-Scheiben bieten differenziert nach Festigkeitsklassen und Anwendungsfall eine kombinierte Absicherung gegen Lockern und Losdrehen und steigern so die Resilienz der Schraubenverbindung.

Multifunktionale Schraubensicherungen vereinen die Wirkprinzipien der Lockerungs- und Losdrehsicherung in einem Bauteil und bieten dadurch einen umfassenden Schutz gegen beide Versagensarten. Zusätzlich erhöhen sie durch ihre federnden Eigenschaften die elastische Nachgiebigkeit, Gleitfestigkeit und Lockerungssicherheit, was insbesondere bei kurzen Klemmlängen konstruktive Vorteile bietet. Einteilige Lösungen wie NSK-Scheiben steigern die Gesamtsystemrobustheit und machen die bisherige Unterscheidung zwischen Lockerungs- und Losdrehsicherung obsolet.

Profilringe – auch Sperrkantringe genannt – besitzen eine begrenzte Sicherungswirkung gegen Lockern und Losdrehen und erfüllen nicht die nach DIN EN 17976 geforderte Restfederkraft gemäß DIN 267-26. Aufgrund fehlender Normkonformität und geringer Wirksamkeit gelten sie im Schienenfahrzeugbau nicht mehr als Stand der Technik. Moderne NSK-Systeme sind als Ersatz technisch und normativ vorzuziehen.

Reibung in Schraubenverbindungen entsteht an Gewinde- und Kopfkontaktflächen und beeinflusst durch ihren Reibungskoeffizienten maßgeblich die erreichbare Vorspannkraft. Eine gezielte Reibwertsteuerung mit definierten Reibbeiwertfenstern sowie geeigneten Schraubensicherungselementen wie NSK®- oder Keilscheiben ist essenziell zur Sicherstellung der Montagequalität und Betriebssicherheit. Reibbeiwerte unter 0,05 sind kritisch, da sie die Selbsthemmung aufheben und ein selbsttätiges Lösen der Verbindung begünstigen können, weshalb Elemente mit undefiniertem Reibverhalten zu vermeiden sind.

In der Lockerungsphase führt Relaxation als zeitabhängiger Spannungsabbau bei konstanter Dehnung zu einem schleichenden Verlust der Vorspannkraft. Ursache ist Mikroplastizität oder viskoelastisches Fließen an Kontaktflächen. Dies beeinträchtigt Gleitfestigkeit und Funktion, weshalb laut VDI 2230 geeignete Werkstoffe und Konstruktionen erforderlich sind.

Selbsttätiges Losdrehen beschreibt die ungewollte Rotation von Schraube oder Mutter ohne äußeres Drehmoment. Ursache ist der Verlust von Vorspannkraft und Gleitfestigkeit nach vorangegangenem Lockern und Querbelastungen. Der Prozess verläuft in mehreren Phasen, bis hin zur vollständigen Rotation. Multifunktionale Sicherungselemente wie NSK®-Scheiben schützen zuverlässig und verbessern zusätzlich Gleitfestigkeit und Nachgiebigkeit.

In der Lockerungsphase sinkt die Vorspannkraft einer Schraubenverbindung zunächst durch Setzeffekte. Das „Setzen“ erfolgt durch das plastische Einebnen von Oberflächenrauigkeiten in den Auflageflächen, den belasteten Flanken der gepaarten Gewinde und sonstigen Trennfugen. Die Höhe des Setzbetrages ist abhängig von der Anzahl der Trennfugen und den Rauigkeiten der Oberflächen. Der Setzvorgang beginnt bereits bei der Montage und ist innerhalb einiger Stunden abgeschlossen.