Spannscheiben nach DIN 6796 / DIN 6908

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.

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.

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.

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.

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.

DIN 6796 beschreibt Spannscheiben als kraftschlüssige Federelemente für Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 bis 10.9. Sie kompensieren Setzvorgänge durch elastische Rückstellkraft, sichern jedoch nicht gegen Losdrehen bei Querbelastung und sind nur für axial belastete Verbindungen geeignet.

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.

"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.

Der Korrosionsschutz bei Schraubensicherungselementen ist mehr als ein Werkstoff oder eine Beschichtung. Entscheidend ist der geprüfte Zustand des fertigen Verbindungselements — mit Oberfläche, Reibwertverhalten, Federwirkung und Sicherungsfunktion.

teckentrup SLI bietet hierfür drei korrosionsschutztechnisch abgestimmte Ausführungen:
zinklamellenbeschichteten Federstahl / C60 für wirtschaftliche Anwendungen mit hoher mechanischer Belastbarkeit, A4-Edelstahl / NIRO / 1.4401 für besonders anspruchsvolle korrosive Umgebungen sowie Zink-Nickel-Beschichtungen für elektrisch leitfähige Verbindungen.

Multifunktionale Schraubensicherungen wie NSK®-Scheiben vereinen Losdreh- und Lockerungssicherung in einem Element, steigern Nachgiebigkeit, Gleitfestigkeit sowie Robustheit und verbessern so Effizienz und Resilienz der gesamten Konstruktion. Sie ermöglichen zudem neue Konstruktionsfreiheiten, besonders bei kurzen Klemmlängen, und ersetzen künftig klassische Einzellösungen zur Lockerungs- oder Losdrehsicherung.

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.

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.