Bei den Sicherungen handelt es sich um Zubehörteile, deswegen erfolgt die Behandlung in diesem Kapitel.
Zum Verständnis der Wirkung ist allerdings die Kenntnis der Schraubenvorspannung erforderlich. Dieses Thema wird ausführlich unter Punkt 4 behandelt.
Schraubensicherungen sollen ein selbsttätiges Lösen verhindern.
Ursachen des selbsttätigen Lösens sind:
- Lockern oder
- Losdrehen
Das Lockern wird durch Setzen verursacht und ist daher unvermeidlich. Dies ist eine Folge der plastischen Verformungen an den Auflageflächen von Schrauben, Muttern und in den Trennfugen der verspannten Teile und im Gewinde. Beim Lockern tritt eine Reduzierung der bei der Montage erzeugten Vorspannkraft auf. Der Effekt des Setzens ist unvermeidbar und kann durch zusätzliche Elemente nicht verhindert werden. Die Erscheinung des Lockerns wird sogar vergrößert durch Verwendung von mitverspannten, federnden oder elastischen Elementen oder z.B. durch Lackschichten auf der Auflagefläche der verspannten Teile. Hierdurch entstehen zusätzliche Trennfugen bzw. zerstörbare verspannte Elemente.
Beim Losdrehen wird die Selbsthemmung überwunden und dadurch eine Drehung der Mutter bzw. Schraube bewirkt.
Befestigungsgewinde sind selbsthemmend und daher kann sich eine Schraubenverbindung unter statischen Betriebskräften nicht selbsttätig losdrehen. Dies kann nur dann geschehen, wenn die Reibzahl gegen 0 geht, oder wenn die Vorspannkraft verlorengeht. Quer zur Schraubenachse dynamisch belastete Verbindungen können sich allerdings auch unter voller Vorspannkraft losdrehen. Wird nämlich unter dynamischer Beanspruchung senkrecht zur Schraubenachse der Reibschluss durchbrochen, so entstehen kleine Relativbewegungen zwischen den verspannten Teilen. Diese Relativbewegungen reduzieren die Reibung zwischen den verspannten Teilen, so dass dadurch ein Losdrehen erzeugt werden kann. Losdrehen kann durch zusätzliche Elemente vermieden werden.
Auf dem Markt wird eine große Anzahl von unterschiedlichen Sicherungselementen angeboten, deren Wirksamkeit sehr unterschiedlich ist, viele sind als "unwirksam" einzuordnen. Befestigungsschrauben (Blechverkleidungen, Fahrradnabe etc.) wirken nicht durch die Vorspannkraft. Hier muss "Losdrehen" verhindert werden. Dafür sind formschlüssige Sicherungen am besten geeignet, desgleichen auch kraftschlüssige Sicherungen mit z.T. Verzahnungen (Federring, Zahnscheibe o.ä.).
Einteilung der Sicherungselemente von Schraubenverbindungen
Die häufig eingesetzten Federringe, Fächer-, Feder- oder Zahnscheiben oder auch die Tellerfedern haben erheblich geringere Federwirkung als die verspannten Teile bzw. die Schrauben, so dass sie bei der Erzeugung der Vorspannkräfte nur schädlich sind. Ausserdem verhindern sie auch nicht die Relativbewegungen.
Versuche auf einem Rüttelprüfstand zeigen, dass ein Losdrehen "gesicherter" Schraubenverbindungen mit derartigen Elementen schon nach wenigen hundert Lastwechseln geschieht.
Die meisten formschlüssigen Sicherungen sind sogenannte "Verliersicherungen" und werden häufig nicht bei vorgespannten Befestigungsschrauben eingesetzt, sondern bei Schrauben, die nicht aufgrund ihrer Vorspannung gesichert werden.
Beispiele für kraftschlüssige und formschlüssige Verbindungen
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Federscheibe DIN 137 Federnde Scheibe zwischen Kopf und Material. Für axialbeanspruchte Verbindungen. Für kurze Schrauben der unteren Festigkeitsklasse. |
Sicherungsscheibe DIN 462 Nut in Gewindebolzen, Sicherungsscheibe unterlegen und Lasche gegen Schlüsselfläche der Mutter biegen. |
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Zahnscheibe DIN 6797 Die Verzahnung der Scheiben verhakt sich im Material und im Schraubenkopf. Auch für Senkschrauben verfügbar. Für kurze Schrauben der unteren Festigkeitsklasse. |
Verstiften Mutter nach Positionierung auf dem Gewindebolzen mit Stift sichern. Frei auf dem Gewinde fixierbar. |
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Kontern Zwei Muttern werden auf dem Gewinde gegeneinander verspannt. Frei auf dem Gewinde fixierbar. |
Selbstsichernde Mutter In die Mutter ist ein Kunststoffring eingelassen der sich bei Montage in dem Gewinde verformt. |