Sperrkantscheiben
- Aufbau und Konstruktion
Sperrkantscheiben sind tellerfedernartige, einteilige Schraubensicherungselemente aus gehärtetem Federstahl oder Edelstahl, ausgestattet mit radial ausgerichteten, spitzwinkligen Verformungserhebungen (Sperrkanten). Diese Kanten sind so gestaltet, dass sie sich beim Anziehen der Schrauben plastisch in die Kontaktflächen (Schraubenkopf/Mutter und Gegenlage) eindrücken. Das Element wirkt rein mechanisch ohne zusätzliche Federwirkung und entspricht – falls teckentrup der Hersteller ist – der früheren BN 208 010 der Deutschen Bahn.
- Funktionsprinzipien
Die Sperrkantscheibe wirkt primär formschlüssig sperrend und sekundär kraftschlüssig über ihre tellerfederähnliche Bauform. Die Sperrkanten verhindern zuverlässig ein Mitdrehen der Schraube oder Mutter durch formschlüssigen Eingriff, während die begrenzte Federwirkung keine signifikante Steigerung der elastischen Nachgiebigkeit zulässt.
- Einsatzbereiche
Sperrkantscheiben werden in mechanischen Schraubenverbindungen eingesetzt, vor allem bei hohen Vibrationen oder dynamischen Querkräften als Schraubensicherungselementen gegen selbsttätiges Losdrehen eingesetzt. Sie sind für Festigkeitsklassen 5.6 bis 12.9 sowie in Edelstahlvarianten (A2/A4) verfügbar.
Sperrkantscheiben sind ungeeignet zur Kompensation von Lockerungswirkungen, vergleichbar einer Spannscheibe (DIN 6796), für elektrisch leitende Verbindungen (Potential- & Erdungsausgleich) oder elektrische Kontaktverschraubungen.
- Vorteile
- Wirksame Sicherung gegen selbsttätiges Losdrehen
- Konstante Reibwerte
- Geringer Montageaufwand
- Kosteneffizient
- Schutzwirkung bei kurzzeitiger Überlast
- Nachteile
- Keine Kompensation von Lockerungseffekten
- Keine Steigerung der elastischen Nachgiebigkeit
- Beschädigung der Kontaktflächen möglich
- Begrenzter Einsatzbereich ausschließlich auf mechanische Losdrehsicherungen
- Normative Bewertung
Sperrkantscheiben wurden nach DIN 25201-4 klassifiziert, deren Gültigkeit jedoch durch DIN EN 17976 ersetzt wurde. Die geforderte Restfederkraft nach DIN 267 Teil 26 wird durch Sperrkantscheiben nicht erreicht, was ihren Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen einschränkt. Prüfanforderungen nach DIN 25201-4 Anhang B können je nach Hersteller erfüllt sein.
- Konstruktive Hinweise und Weiterentwicklung
Für Anwendungen, die eine erhöhte elastische Nachgiebigkeit sowie eine kombinierte Lockerungs- und Losdrehsicherung erfordern, sind Sperrkantscheiben nicht ausreichend. Die NSK-Scheibe ist eine technisch überlegene, multifunktionale Weiterentwicklung, die zusätzlich zur Losdrehsicherung auch Lockerungswirkungen kompensieren kann und aktuellen Normen wie der DIN EN 17976 entspricht. Aufgrund der identischen Abmessungen ist ein einfacher, uneingeschränkter Austausch der Sperrkantscheiben durch NSK-Scheiben möglich.
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Elektrische Kontaktverschraubungen
Elektrische Kontaktverschraubungen übertragen Strom über geklemmte Kontaktflächen der Leitermaterialien, nicht über die Schraube. Sie erfordern stabilen Kontaktdruck und minimale Anzahl an Trennfugen. NSK-E/EL-Scheiben bieten elastische Nachgiebigkeit, Losdrehsicherung und normkonforme Sicherheit – ideal für moderne Anwendungen. Siehe auch Fachbericht NSK-E.
Elektrisch leitende Verbindungen
Elektrisch leitende Schraubenverbindungen sichern niederohmige Stromübertragung bei gleichzeitiger mechanischer Belastbarkeit, auch über isolierende Schichten. Die NSK-K-Kontaktscheibe kombiniert Stromleitung, federnde Wirkung und Losdrehsicherung – ideal für Erdung und Potenzialausgleich. Siehe auch Fachbericht NSK-E.
Elastische Nachgiebigkeit
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.
Erdungs- und Potentialausgleichsverschraubungen
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.
Spannscheiben nach DIN 6796 / DIN 6908
Spannscheiben sind konisch geformte Federelemente aus Federstahl, die beim Anziehen elastisch verformt werden und eine Restfederkraft erzeugen, welche Vorspannkraftverluste durch Setzen oder Relaxation kompensiert. Sie wirken kraftschlüssig gegen Lockerung, sind jedoch ungeeignet als Losdrehsicherung. Geeignet sind sie für Schrauben ≥ 8.8 bei axialer Belastung. Bei Querkräften oder weichen Auflagen sind Einschränkungen zu beachten. Alternative: multifunktionale NSK-Scheiben.
NSK-Scheiben
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.
Losdrehen
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.
Schraubensicherungselemente
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.
DIN 6796
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.
Reibungskoeffizient (Reibbeiwert)
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.
Lockern
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.
DIN EN 17976
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.
DIN 25201
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.
