Profilscheiben

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.

NSK-Scheiben sind einteilige, multifunktionale Schraubensicherungselemente, die kraft- und formschlüssig gegen Lockern und Losdrehen wirken. Sie steigern die elastische Nachgiebigkeit und Gleitfestigkeit, eignen sich bis Festigkeitsklasse 12.9 auch für elektrisch leitende Verbindungen (Erdung & Potentialausgleich) sowie elektrischen Kontaktverschraubungen, erfüllen diverse Normen, wie die DIN EN 17976, DIN 25201, DIN 50343, DIN 267 Teil 26, gelten als Stand der Technik und bieten montagefreundliche, normkonforme sowie kosten- und gewichtseffiziente Lösungen.

"Mechanische Verbindungselemente - Technische Lieferbedingungen - Teil 26: Spannscheiben aus Federstahl für Schraubenverbindungen“ legt Anforderungen für konische Spannscheiben aus Federstahl fest, die Vorspannkraftverluste durch Setzen oder Kriechen kompensieren sollen. Sie definiert Werkstoffe, Härte (420–490 HV), Oberflächen, Prüfverfahren (z. B. Setz-, Dauer- und Federkraftprüfung) sowie Verpackung und Kennzeichnung. Die Norm stellt die Qualität und Funktionssicherheit der Scheiben sicher.

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. Siehe auch Fachbericht Eisenbahningenieur.

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. Siehe auch Fachbericht Eisenbahningenieur.

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.

Elektrische Schraubenverbindungen sichern Stromübertragung und mechanische Verspannung zugleich. Man unterscheidet zwischen mittelbarer Stromüberttragung durch elektrische Kontaktverschraubungen und   unmittelbar stromleitende Verbindungen, die sog. elektrisch leitende Schraubenverbindungen Setzverhalten, Korrosion und thermische Einflüsse erfordern die gezielte Auslegung mit NSK-Scheiben. Siehe auch Fachbericht NSK-E.<

Das selbsttätige Losdrehen beschreibt eine rotatorische Bewegung von Schraube oder Mutter ohne äußere Drehmomentbelastung infolge des Verlusts von Vorspannkraft und Gleitfestigkeit, wobei ein Lockern vorangegangen ist und dynamische Querkräfte als Auslöser wirken. Der Losdrehmechanismus verläuft in mehreren Phasen – beginnend mit Relativbewegungen und Biegebeanspruchung (Phase 1), über Gewindegleiten und Kopfkippen (Phase 2), bis hin zur Rotation durch gespeicherte Torsion (Phase 3) und schließlich dem vollständigen Losdrehen bei Reibungsverlust (Phase 4). Zur Absicherung sind Sicherungselemente zur Losdrehsicherheit oder multifunktionale Sicherungselemente wie NSK®-Scheiben erforderlich, die neben dem Schutz vor Losdrehen auch die Gleitfestigkeit und Nachgiebigkeit erhöhen und somit insbesondere bei kurzen Klemmlängen die Resilienz insgesamt verbessern.

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 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.

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.

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. Siehe auch Fachbericht Eisenbahningenieur.

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. Siehe auch Fachbericht Eisenbahningenieur.