Arten von Sicherungsscheiben: Praktischer Leitfaden zur Auswahl und Verwendung

Was „Arten von Sicherungsscheiben“ in realen Baugruppen bedeuten

Der Satz Arten von Sicherungsscheiben deckt mehrere Designs ab, die auf unterschiedliche Weise einem Lösen widerstehen. Einige erhöhen die Federkraft (Federscheiben), andere erhöhen die Reibung (gezahnte Unterlegscheiben) und andere erzeugen einen mechanischen Keileffekt (Keil-Verriegelungspaare). Die Wahl des falschen Typs kann dazu führen, dass aus einer „verriegelten“ Verbindung eine Verbindung wird, die sich unter Vibrationen, thermischen Wechselwirkungen oder beim Einbetten immer noch lockert.

Ein praktischer Ansatz besteht darin, den Verriegelungsmechanismus der Unterlegscheibe an den erwarteten Fehlermodus anzupassen:

• Vibrationslockerung (Querschlupf) → Ziehen Sie Keilsicherungsscheiben oder bewährte Lösungen mit vorherrschendem Drehmoment in Betracht.
• Geringes Drehmoment, dünnes Blech, elektrische Verbindung → Zahnscheiben (Sternscheiben) in Betracht ziehen.
• Benötigen Sie ein kontrolliertes Federverhalten (Aufrechterhaltung der Kraft bei thermischen Veränderungen) → Ziehen Sie Tellerfedern (Tellerfedern) oder Wellenscheiben in Betracht.
• Positive mechanische Sicherung (sicherheitskritisch) → Ziehen Sie Sicherungsscheiben oder Sicherungsplatten in Betracht.

Geteilte Sicherungsscheiben (Schraubfederscheiben)

Geteilte Sicherungsscheiben sind der bekannte „geschnittene und gedrehte Ring“. Sie sollen einen kleinen Federeffekt hinzufügen und Kantenbiss erzeugen. In der Praxis hängt ihre Verriegelungsleistung stark von der Gelenksteifigkeit, der Oberflächenhärte und davon ab, ob das Gelenk Querbewegungen erfährt.

Wo geteilte Sicherungsscheiben am besten passen

• Universell einsetzbar, geringe bis mäßige Vibration, wenn die historische Praxis/Spezifikation dies erfordert.
• Baugruppen, bei denen die Passfläche hart genug ist, um einem frühzeitigen Abflachen der Unterlegscheibe zu widerstehen.

Praktische Vorsichtsmaßnahmen

Bei höheren Vorspannkräften sind viele Unterlegscheiben geteilt schnell abflachen Sie verhält sich wie eine Unterlegscheibe und erhöht gleichzeitig die Variabilität des Drehmoment-Spannungs-Verhältnisses aufgrund der sich ändernden Reibung. Wenn Ihr Konstruktionsproblem eine echte Lockerung durch Vibrationen ist, betrachten Sie geteilte Unterlegscheiben als „nicht Ihre erste Wahl“, es sei denn, Testdaten oder eine Kundenspezifikation unterstützen sie.

Zu den gängigen Spezifikationen gehört DIN 127 / ähnliche ältere Normen, aber viele Branchen bevorzugen Alternativen für vibrationskritische Verbindungen.

Zahnscheiben (Sternscheiben): Innen-, Außen- und Kombinationsscheiben

Zahnscheiben verwenden gezahnte „Zähne“, um die Reibung zu erhöhen und in Oberflächen einzugreifen. Sie werden häufig in elektrischen und leichten mechanischen Baugruppen verwendet, da die Zähne Oxide/Farben durchbrechen und die elektrische Kontinuität verbessern können, während sie gleichzeitig der Drehung widerstehen.

Innenzahn vs. Außenzahn

• Äußerer Zahn : größerer effektiver Radius für besseren Rotationswiderstand; kann sichtbare Oberflächen beschädigen.
• Innenzahn : Zähne innerhalb des Innendurchmessers; besser für enge Außendurchmesserbeschränkungen und ein saubereres äußeres Erscheinungsbild.
• Kombination (innen/außen): aggressiverer Biss, aber auch höheres Risiko von Oberflächenschäden.

Best-Use-Beispiel

Eine häufige Anwendung ist die Verbindung einer Erdungsklemme mit einem Gehäuse. Die Zahnscheibe wird so platziert, dass die Zähne das leitfähige Grundmetall berühren. Wenn das Chassis lackiert ist, können die Zähne die Beschichtung durchschneiden und so den Kontakt verbessern. In diesem Szenario ergibt sich der „Sperrvorteil“ größtenteils aus höhere Reibung und Oberflächenbiss , keine Federwirkung.

Keilsicherungsscheiben (paarige Nockenscheiben)

Keilsicherungsscheiben werden als passendes Paar mit Nocken auf der Innenseite und Radialverzahnung auf der Außenseite verwendet. Die Nocken haben einen Keilwinkel, der so ausgelegt ist, dass jede Lockerungsdrehung die Nockenrampen hinaufklettern muss, was die Klemmlänge erhöht und ein Zurückweichen verhindert.

Wann sollte man sich für einen Keilverschluss entscheiden?

• Starke Vibration oder dynamische Scherung, bei der Querschlupf auftreten kann.
• Sicherheits- oder betriebszeitkritische Verbindungen, bei denen das Lösen vor Ort kostspielig ist.
• Anwendungen, bei denen Sie Oberflächenverzahnungen akzeptieren können (oder kompatible gehärtete Lageroberflächen verwenden).

Wichtiger praktischer Hinweis

Bei diesen Unterlegscheiben kommt es auf die richtige Paarung und Ausrichtung an. Installieren Sie sie als zusammengefügten Satz (die Nocken sind einander zugewandt). Ein häufiger Anwendungsfehler besteht darin, das Paar auf mehrere Gelenke aufzuteilen, wodurch der Keilmechanismus außer Kraft gesetzt wird.

Wenn es Ihre Anforderung ist, „dem Lockern durch Vibrationen standzuhalten“, werden häufig Keilverriegelungskonstruktionen gewählt, da die Verriegelungswirkung nicht nur auf Reibung beruht; es ist ein geometrischer Widerstand gegen Zurückziehen .

Belleville-Unterlegscheiben (Tellerfeder).

Tellerfedern sind konische Tellerfedern. Sie werden weniger für den „Anti-Rotations-Biss“ ausgewählt, sondern eher für die Aufrechterhaltung der Klemmkraft bei Setzungen, thermischen Zyklen, Dichtungskriechen oder unterschiedlicher Ausdehnung. Sie können in Reihe/parallel gestapelt werden, um Durchbiegung und Last abzustimmen.

Was sie gut lösen

• Aufrechterhaltung der Vorspannung während des Einbettens/Kriechens (z. B. Polymere, Dichtungen, weiche Aluminiumschnittstellen).
• Temperaturwechsel, bei dem sich die Verbindungslänge mit der Temperatur ändert.
• Konstruktionen, bei denen eine definierte Federrate erforderlich ist (kontrolliertes Klemmverhalten).

Einfaches numerisches Beispiel (Kontext vorladen)

Angenommen, eine M10-Schraube der Festigkeitsklasse 8.8 hat eine Dehngrenze nahe bei 580 MPa . Unter Verwendung eines typischen technischen Ziels von etwa 70 % des Nachweises für Vorspannung und einen Zugspannungsbereich in der Nähe 58 mm² , eine ungefähre Vorspannung beträgt:

Vorspannung ≈ 0,7 × 580 MPa × 58 mm² ≈ 23,5 kN .

Eine Belleville-Scheibe kann so ausgewählt werden, dass erwartete Gelenksetzungen (z. B. ein geringer Verlust der Stapelhöhe) nur zu einer geringfügigen Änderung der Vorspannung führen und so den Halt im Vergleich zu einem starren Stapel verbessern.

Wellenscheiben und gebogene Federscheiben

Wellenscheiben (mehrwellig) und gebogene Federscheiben (einwellig/gebogen) bieten geringere Federkräfte und mehr Durchbiegung als viele spiralförmige geteilte Scheiben. Sie werden häufig zur Reduzierung von Klappergeräuschen, zur Kontrolle des Axialspiels und zum Ausgleich von Toleranzüberschreitungen in leichten Baugruppen eingesetzt.

Passgenaue Anwendungen

• Lagervorspannung in Mechanismen mit geringer Belastung (sofern durch die Lager-/Mechanismuskonstruktion vorgegeben).
• Geräusch-/Klapperschutz für Paneele und Leuchtenhalterungen.
• Baugruppen, die Nachgiebigkeit ohne aggressive Oberflächenbeanspruchung erfordern.

Einschränkungen

Bei starken Vibrationslockerungen sind diese in der Regel nicht die erste Wahl. Ihr Wert ist in erster Linie kontrolliertes Federverhalten , keine Anti-Rotations-Geometrie.

Sicherungsbleche und Sicherungsbleche (formschlüssige mechanische Verriegelung)

Sicherungsscheiben und Sicherungsplatten verwenden eine nach oben gebogene Lasche, die die Drehung der Mutter/Schraube physisch blockiert, indem sie in eine Abflachung, einen Schlitz oder ein Merkmal am Befestigungselement und ein stationäres Merkmal an der Baugruppe eingreift. Dabei handelt es sich eher um ein „Formschluss“-Konzept als um ein Reibungs-/Federkonzept.

Wo sie Sinn machen

• Sicherheitskritische Verbindungen mit Inspektionsanforderungen (visuelle Bestätigung des Einrastens der Laschen).
• Rotierende Geräte, bei denen historische Standards eine formschlüssige Verriegelung erfordern.
• Anwendungen, bei denen Oberflächenverzahnungen oder Verzahnungen unerwünscht sind.

Praktische Vorsichtsmaßnahmen

Das Biegen von Laschen ist eine Form der plastischen Verformung; Viele Designs werden je nach Spezifikation als Einweg- oder begrenzt wiederverwendbare Designs behandelt. Stellen Sie sicher, dass das Material und die Dicke der Sicherungsscheibe dem Drehmoment und der flachen Geometrie entsprechen, damit die Lasche nicht reißt oder sich entspannt.

Vergleichstabelle: Auswahl gängiger Sicherungsscheibentypen

Verwenden Sie die folgende Tabelle als schnellen Filter. Überprüfen Sie dann anhand Ihrer Verbindungsbedingungen (Vibrationsniveau, Oberflächenhärte/-beschichtungen, Temperatur und ob Sie Oberflächenmarkierungen vertragen).

So wählen Sie die richtige Sicherungsscheibe aus (Entscheidungscheckliste)

Verwenden Sie diese Checkliste, um schnell die richtige Option einzugrenzen, und validieren Sie sie dann durch Tests oder vorherige Qualifizierung, wenn die Verbindung geschäftskritisch ist.

Auswahlschritte

1. Definieren Sie den Lockerungstreiber: Vibration, Temperaturwechsel, Einbettung oder Probleme beim erneuten Anziehen durch den Bediener.
2. Bestätigen Sie den Oberflächenzustand: lackiert, plattiert, eloxiert, weiches Aluminium, gehärteter Stahl oder Verbundwerkstoffe.
3. Entscheiden Sie, ob eine Oberflächenmarkierung akzeptabel ist: Verzahnungen/Zähne hinterlassen oft sichtbare Schäden.
4. Bewerten Sie die Gebrauchstauglichkeit: Wird es häufig entfernt? Wenn ja, bevorzugen Sie Lösungen mit konsistentem Wiederverwendungsverhalten.
5. Priorisieren Sie bei vibrationskritischen Verbindungen Lösungen mit bewährter Leistung unter Querbelastung (häufig Keilsicherungs- oder Drehmomentstrategien), anstatt sich auf geteilte Unterlegscheiben zu verlassen.

Eine solide Faustregel: Die Verriegelung beginnt mit der Klemmkraft . Wenn die Verbindung zu wenig angezogen ist, kann keine Unterlegscheibe das Lösen zuverlässig verhindern.

Installationstipps und häufige Fehler

Bei vielen „Fehlern bei Sicherungsscheiben“ handelt es sich tatsächlich um Fehler im Montageprozess. Die folgenden Punkte verhindern die häufigsten Feldprobleme.

Best Practices

• Platzieren Sie die Sicherungsscheibe direkt unter dem rotierenden Element (normalerweise der Mutter), sofern Ihre Spezifikation nichts anderes erfordert.
• Vermeiden Sie es, mehrere „verriegelnde“ Elemente zu stapeln, die gegeneinander antreten (z. B. Zahnscheibe und Keilsicherungspaar), es sei denn, dies wurde durch einen Test validiert.
• Wenn Sie Zahnscheiben auf beschichteten Oberflächen verwenden, stellen Sie sicher, dass die Zähne dort, wo elektrischer Halt oder Reibungsschluss erforderlich ist, tatsächlich das Grundmetall berühren.
• Halten Sie bei Paaren mit Keilverriegelung das Paar zusammen und achten Sie darauf, dass die Nocken nach innen zeigen (Nocken an Nocken).

Fehler, die die Wirksamkeit der Verriegelung verringern

• Verwenden Sie eine Sicherungsscheibe, um ein falsches Drehmoment oder eine ölige/kontaminierte Verbindungsoberfläche zu „beheben“.
• Verwendung einer Federscheibe, bei der die Gelenksteifigkeit so hoch ist, dass die Scheibe zu einer vernachlässigbaren Durchbiegung beiträgt.
• Die Wahl eines Unterlegscheiben-Außen-/Innendurchmessers, der nicht richtig sitzt, was zu exzentrischer Belastung und ungleichmäßiger Klemmkraft führt.

Wann man keine Sicherungsscheibe verwenden sollte

Manchmal ist die richtige Antwort „keine Sicherungsscheibe“. Wenn Sie eine kontrollierte Vorspannung und wiederholbare Leistung benötigen, können andere Strategien den Unterlegscheiben überlegen sein:

• Verwenden Sie Muttern mit festem Drehmoment, Ganzmetall-Sicherungsmuttern oder Schraubensicherungskleber, sofern dies für die Umgebung geeignet ist.
• Verwenden Sie gehärtete Unterlegscheiben, um Oberflächen zu schützen und eine gleichmäßige Reibung aufrechtzuerhalten, wenn es auf die Wiederholbarkeit von Drehmoment und Spannung ankommt.
• Wenn die Vibration stark ist, sollten Sie zusätzlich zu den Verriegelungsteilen auch eine Neukonstruktion der Verbindung in Betracht ziehen (Klemmenlänge vergrößern, Dübel/Scherschlüssel hinzufügen, Lagerfläche verbessern).

Das zuverlässigste Ergebnis ergibt sich aus der Auswahl unter den Arten von Sicherungsscheiben Basierend auf der Verbindungsphysik: Klemmkraft, Rutschgefahr, Oberflächenzustand und Betriebsumgebung.