Zahnscheiben (DIN 6797, DIN 6906)
Zahnscheiben nach DIN 6797/6906 bieten weder ausreichende Federkraft noch normgerechte Sicherungswirkung gegen selbsttätiges Losdrehen. Die geforderte Restfederkraft gemäß DIN 267-26 wird nicht erreicht. Ihr Einsatz ist auf Schrauben ≤ 5.8 beschränkt, für elektrische Verbindungen sind sie ungeeignet. Die Normen wurden 2004 zurückgezogen. Wegen möglicher Oberflächenschäden und Placeboeffekten sind moderne, normkonforme Sicherungselemente wie NSK-Scheiben zu bevorzugen.
- Aufbau und Funktionsweise
Zahnscheiben sind mechanische Schraubensicherungselemente, deren primäre Funktion im Verhindern des selbsttätigen Lösens von Schraubenverbindungen unter dynamischen Beanspruchungen wie Vibrationen, Stößen oder wechselnden Lasten bestand. Eine Sicherungswirkung gegenüber dem selbsttätigen Lösen nach dem heutigen Stand der Technik ist nicht gegeben, sodass Federringe als ungeeignet gelten. Zahnscheiben sollten nicht zur Kompensation von Lockerungseffekten verwendet werden, da die notwendige Restfederwirkung, z.B. die Prüfung nach DIN 267 Teil 26, nicht in einem ausreichenden Maße vorhanden ist. Zahnscheiben werden auch zur Herstellung elektrischer Kontakte bei z.B. bei beschichteten Teilen verwendet. Zahnscheiben sind für diesen Zweck aufgrund der fehlenden Restfederwirkung in der Kombination mit dem undefinierten Eindringen der Materialkerben in das leitenden Gegenlagen völlig ungeeignet.
- Wirkungsweise
- Federwirkung (axiale Vorspannung)
Beim Anziehen der Schraube wird der Fächerscheibe elastisch verformt und erzeugt eine zusätzliche axiale Vorspannkraft. Diese erhöht den Reibschluss zwischen Schraubenkopf und der Gegenlage, wodurch das Losdrehen der Verbindung verzögert werden kann.
- Keil- oder Sperrwirkung
Die Kanten der Fächerscheibe erzeugt bei einer Relativbewegung der Schraube eine sperrende Wirkung, die das selbsttätige Zurückdrehen durch mechanisches Verklemmen behindern soll.
- Anwendungsgrenzen und typische Einsatzfälle
Werkstoff- und Festigkeitsbeschränkungen
Zahnscheiben finden vorwiegend Anwendung in Schraubenverbindungen bei mechanischen Schraubenverbindungen oder elektrischen Kontaktverschraubungen mit niedrigen Festigkeitsklassen (max. 5.8) sowie bei Schrauben aus Federstahl oder Edelstahl A2. Bei Verwendung von Federringen aus Edelstahl A4 ist aufgrund der reduzierten Elastizität die Federwirkung zusätzlich eingeschränkt. Federscheiben sind für elektrisch leitende Verbindungen völlig ungeeignet.
- Vorteile von Zahnscheiben
- preisgünstig
- Nachteile von Zahnscheiben
- keinerlei Sicherungswirkung und einen gefährlichen Placeboeffekt, sodass es trotz der ungeeigneten Sicherungsmaßnahmen zum Lockern und selbsttätigen Losdrehen kommen kann.
- Oberflächen der Gegenlagen werden beschädigt
- durch die beim Anziehvorgang auftretenden, ungleichmäßigen Reibwerte streuen die Montagevorspannkräfte, sodass diese ggf. nicht erreicht oder überschritten werden.
- Keine Schutzwirkung bei kurzzeitiger Überlast
- Keine definierte Kontaktbereiche bei Erdungs- und Potenzialausgleichs-verschraubungen. Erhöhte Gefahr von Korrosion bei gleichzeitig mangelhafter Federwirkung.
- Normative Einordnung
Die genannten Normen wurden im Jahr 2004 zurückgezogen, da die Sicherungswirkung von Zahnscheiben als unzureichend angesehen wird. Zahnscheiben gelten daher nicht mehr als dem Stand der Technik entsprechend. Ihre Anwendung kann potenziell haftungsrelevant sein, weshalb vor dem Einsatz eine rechtliche Prüfung empfohlen wird.
- Konstruktive Hinweise
Die beschriebenen Wirkmechanismen führen mit Zahnscheiben nicht zu den gewünschten Sicherungswirkungen gem. der heutigen Normen und technischen Standards. Der kombinierte Einsatz von Zahnscheiben mit Unterlegscheiben führt, neben der eingeschränkten Wirkung, zu zusätzlichen Setzerscheinungen und ist deshalb nicht zu empfehlen.
Der Einsatz ist unter technischen und rechtlichen Aspekten sehr kritisch zu hinterfragen. Aufgrund ihrer begrenzten Sicherungswirkung sind oder sollten Zahnscheiben durch moderne, wirkungsvollere Schraubensicherungselemente, wie z.B. das multifunktionale Schraubensicherungssystem NSK, ersetzt werden. Geeignet sind bei NSK-Scheiben die Formen E und EL für elektrische Kontaktverschraubungen und S, M und L je nach Festigkeitsklasse der Schrauben bzw. Vorspannkraft für mechanische Schraubenverbindungen.
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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.
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.
DIN 267-26
"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.
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.
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.
Federringe gemäß DIN 127, 128, 6905 und 7980
Federringe gemäß DIN 127, 128, 6905 und 7980 verhindern das selbsttätige Lösen von Schraubenverbindungen nur unzureichend und gelten nach heutiger Normung als technisch ungeeignet. Die geforderte Restfederkraft nach DIN 267-26 wird nicht erreicht, was zu Placeboeffekten, unsicherer Vorspannung und Oberflächenschäden führen kann. Ihr Einsatz ist normativ nicht mehr zulässig. Empfohlen wird der Ersatz durch moderne Sicherungselemente wie die NSK-Scheibe.
Lösen
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.
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.
Federscheiben gemäß DIN 137 / DIN 6904
Federscheiben nach DIN 137/DIN 6904 bieten nur begrenzte, nicht dauerhaft wirksame Federkräfte zur Lockerungssicherung und versagen vollständig bei der Sicherung gegen Losdrehen. Aufgrund mangelnder Wirksamkeit, normativer Rücknahme (seit 2004) und potenzieller Haftungsrisiken gelten sie als technisch überholt. Ihr Einsatz ist nicht mehr Stand der Technik und wird nicht empfohlen. Federscheiben werden heute durch effektivere Sicherungselemente, wie den NSK-Scheiben ersetzt.
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.
