NSK-KElektrisch leitende Verbindungen

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.

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.

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.

Sperrkantscheiben sind tellerfedernartige, einteilige Sicherungselemente aus Federstahl/Edelstahl mit radialen Sperrkanten, die rein mechanisch formschlüssig gegen Losdrehen wirken. Sie steigern nicht die elastische Nachgiebigkeit, sind nur für dynamisch belastete mechanische Verbindungen geeignet. Sperrkantscheiben sind nicht für elektrisch leitende Verbindungen (Potentialausgleichs- & Erdungsverschraubungen) und elektrische Kontaktverschraubungen geeignet. NSK-Scheiben stellen die multifunktionale, normkonforme Weiterentwicklung dar.

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.

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.

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.

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.

"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.

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.

Keilsicherungsscheiben bestehen aus zwei Scheiben mit Keilflächen innen und radialer Verzahnung außen. Keilsicherungsscheiben sichern Schraubenverbindungen form- und reibschlüssig gegen Losdrehen unter dynamischer Belastung.
Gem. DIN EN 17976 nicht geeignet, um gegen das Lockern Schraubenverbindungen zu sichern und nicht geeignet für elektrische Verbindungen jeglicher Art.

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.

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.