Federscheiben, wie beispielsweise die gewölbte Form nach DIN 137, sind spezialisierte Setzsicherungen für Schraubverbindungen

Federscheiben, wie beispielsweise die gewölbte Form nach DIN 137, sind spezialisierte Setzsicherungen für Schraubverbindungen. Ihre primäre Funktion ist es, als elastisches Element zu wirken. Sie gleichen den Verlust von Vorspannung aus, der durch Setzen oder Kriechen im Material entsteht. Sie werden oft im Maschinenbau eingesetzt, etwa um die axiale Vorspannung für Kugellager spielfrei einzustellen.

Warum Federscheiben?

Federscheiben (z.B. gewölbt nach DIN 137 oder Tellerfedern nach DIN 2093) werden zur Setzsicherung in Schraubverbindungen eingesetzt. Ihre Funktion ist es, als elastisches Bauteil zu wirken, das Setzbeträge – also das Kriechen des Materials unter Druck – ausgleicht und so die Vorspannung länger aufrechterhält.

Sie sind keine Losdrehsicherung gegen Vibrationen, sondern eine Setzsicherung. Sie speichern Federenergie. Wenn sich die Verbindung durch Materialkriechen (z.B. bei weichen Werkstoffen, Dichtungen oder Lackschichten) oder durch thermische Ausdehnung minimal "setzt", dehnt sich die Scheibe elastisch aus und gleicht den Längenverlust aus. Dadurch bleibt die essenzielle Klemmkraft (Vorspannung) in der Verbindung erhalten.

Wie verwendet man Federscheiben?

Die Federscheibe wird wie eine normale Unterlegscheibe unter den Schraubenkopf oder die Mutter gelegt. Beim Anziehen wird sie je nach Anwendungsfall und Typ (z.B. DIN 137) nicht komplett flachgedrückt, sondern nur definiert vorgespannt, um einen Restfederweg zur Kompensation von Setzbeträgen zu behalten.

Bei Tellerfedern (DIN 2093) ist die Einbaurichtung entscheidend. Diese können sogar zu Paketen geschichtet werden (parallel oder seriell), um die Federkraft oder den Federweg gezielt an die Konstruktionsanforderungen anzupassen. Die Scheibe muss auf einer ausreichend harten Auflagefläche aufliegen, um ihre Federwirkung zu entfalten und sich nicht einfach ins Material zu graben.

Wann sollte ich Federscheiben verwenden?

Immer dann, wenn Setzerscheinungen zu erwarten sind, die zu einem kritischen Vorspannkraftverlust führen würden. Dies ist bei weichen Bauteilen (Kunststoff, Aluminium), bei Dichtungen, bei Lackschichten in der Fuge oder bei temperaturbelasteten Verbindungen (thermische Längenausdehnung) der Fall.

Sie sind ideal für statisch oder quasi-statisch belastete Verbindungen. Sie werden auch gezielt eingesetzt, um Toleranzen in Baugruppen auszugleichen (Toleranzausgleich) oder um eine definierte, elastische Vorspannung zu erzeugen, beispielsweise bei der spielfreien Lagerung von Kugellagern.

Wo werden Federscheiben üblicherweise eingesetzt?

Typische Einsatzgebiete sind der Maschinen- und Anlagenbau, die Elektrotechnik und der Fahrzeugbau. Federscheiben für Kugellager werden zur axialen Vorspannung (Spielbeseitigung) eingesetzt. In der Elektrotechnik sichern sie Kontaktstellen, bei denen sich Material (z.B. Kupferleiter) durch Wärme und Druck setzen könnte.

Weitere Anwendungsbeispiele:

• Maschinenbau: Als Setzsicherung bei Verschraubungen auf lackierten Flächen oder an Gehäusen aus Leichtmetall.
• Lagertechnik: (z.B. Passscheiben/Federscheiben nach DIN 6796 oder Tellerfedern) zur axialen Fixierung und spielfreien Lagerung von Wälzlagern.
• Elektrotechnik: Unter Klemmschrauben, um das "Fließen" von Kupferleitern auszugleichen und den Kontaktdruck aufrechtzuerhalten.
• Fahrzeugbau: Bei Verschraubungen von Verkleidungsteilen oder an Stellen mit Temperaturschwankungen.

Wo wird die Federscheibe platziert?

Die Federscheibe wird als elastisches Element direkt in den Kraftfluss der Verschraubung eingebracht. Sie sitzt typischerweise unmittelbar unter dem Schraubenkopf oder unter der Mutter – also dem Teil, das beim Anziehen gedreht wird, oder dem Teil, das die Klemmkraft aufnimmt.

Bei Verbindungen mit weichen Bauteiloberflächen (z.B. Aluminiumguss oder Kunststoff) muss die Federscheibe auf einer harten, planen Unterlage aufliegen. In solchen Fällen wird oft eine gehärtete, flache Unterlegscheibe (z.B. nach DIN 125 oder 9021) zwischen die Federscheibe und das weiche Bauteil gelegt, um die Kraft gleichmäßig zu verteilen und ein Eingraben zu verhindern.

Wie fest sollten Federscheiben angezogen werden?

Das Anzugsmoment wird primär durch die Schraube (Festigkeitsklasse, Reibung) und die geforderte Vorspannkraft bestimmt. Federscheiben (wie DIN 137) werden im Gegensatz zu Federringen (DIN 127) oft nicht komplett flach angezogen, damit sie einen Restfederweg behalten, um Setzungen ausgleichen zu können.

Wichtiger Praxishinweis: Ein komplettes "Plattdrücken" der Federscheibe eliminiert ihre Setzsicherungs-Funktion. Bei Tellerfedern (DIN 2093) ist das Anziehen noch komplexer und richtet sich nach der Federkennlinie (Kraft-Weg-Diagramm) und der gewünschten Vorspannung, z.B. für Kugellager. Halten Sie sich hier zwingend an die Auslegung des Konstrukteurs oder die Herstellerangaben.

Verbessern Federscheiben die Vibrationsfestigkeit?

Nein, das ist ein häufiges Missverständnis. Federscheiben (wie DIN 137) sind Setzsicherungen, keine Losdrehsicherungen. Sie können ein Losdrehen durch Vibration (dynamische Querbelastung) nicht zuverlässig verhindern. Sie helfen nur indirekt, indem sie die Vorspannung bei Setzerscheinungen aufrechterhalten.

Gegen Vibrationen (dynamische Lasten) sind gänzlich andere Sicherungselemente erforderlich. Hierzu zählen:

• Formschlüssige Sicherungen: z.B. Rippscheiben.
• Mechanische Sicherungen: z.B. Keilsicherungsscheibenpaare oder Sicherungsmuttern (DIN 985).
• Stoffschlüssige Sicherungen: z.B. flüssige Schraubensicherung.

Fällt die Vorspannung durch Setzen ab, löst sich die Schraube bei Vibration sofort. Die Federscheibe verzögert diesen Prozess, indem sie das Setzen kompensiert, sie verhindert aber nicht das Lösen durch Vibration selbst.

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