Warum reicht eine einfache flache Unterlegscheibe oft nicht aus, um Schrauben gegen selbsttätiges Lösen durch Vibrationen zu sichern?

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Eine einfache flache Unterlegscheibe (z. B. nach DIN 125 oder ISO 7089) ist primär dazu gedacht, die Vorspannkraft der Schraube auf eine größere Fläche zu verteilen und die Oberfläche des Werkstücks vor Beschädigungen zu schützen. Als Sicherungselement gegen selbsttätiges Lösen ist sie jedoch aus mehreren physikalischen Gründen ungeeignet:

1. Kein Schutz gegen "Relativbewegungen"

Vibrationen (besonders Querbeanspruchungen, also Bewegungen rechtwinklig zur Schraubenachse) führen zu winzigen Gleitbewegungen in den Gewindegängen und unter dem Schraubenkopf. Wenn diese Bewegungen groß genug sind, wird die Reibung zwischen den Bauteilen kurzzeitig überwunden. Da eine flache Unterlegscheibe eine glatte Oberfläche hat, bietet sie keinen mechanischen Widerstand gegen das Aufdrehen der Schraube.

2. Zusätzliche Trennfuge

Eine Unterlegscheibe führt eine zusätzliche Trennfuge in die Verbindung ein. Anstatt einer Grenzfläche (Schraubenkopf auf Werkstück) hat man nun zwei (Schraubenkopf auf Scheibe und Scheibe auf Werkstück). Wenn die Reibung zwischen Scheibe und Werkstück geringer ist als zwischen Kopf und Scheibe, kann sich die Scheibe einfach mit der Schraube mitdrehen. Die Reibung wird also nicht erhöht, sondern oft nur "verlagert".

3. Fehlende Federwirkung (Setzerscheinungen)

Jede Schraubverbindung "setzt" sich mit der Zeit etwas (Mikro-Unebenheiten werden flachgedrückt). Dadurch sinkt die Vorspannkraft. Eine einfache Unterlegscheibe ist starr und kann diesen geringfügigen Längenverlust nicht durch Federkraft ausgleichen. Sobald die Vorspannkraft sinkt, reicht die verbleibende Reibung im Gewinde nicht mehr aus, um die Schraube bei Vibrationen festzuhalten.

4. Keine formschlüssige oder kraftschlüssige Sicherung

Im Gegensatz zu echten Sicherungselementen fehlen der flachen Scheibe spezifische Mechanismen:

  • Kein Formschluss: Sie verhakt sich nicht im Material (wie z. B. eine Fächerscheibe oder Schnorr-Scheibe).
  • Kein Keileffekt: Sie erhöht nicht den Widerstand gegen das Losdrehen (wie z. B. Keilsicherungsscheiben vom Typ Nord-Lock).
  • Keine Klemmung: Sie erzeugt keinen zusätzlichen Druck im Gewinde (wie z. B. selbstsichernde Muttern).

Was passiert bei Vibrationen genau?

Bei Vibrationen kommt es zum Effekt des „technischen Gleitens“. Die Reibung wird durch die Erschütterung kurzzeitig fast auf Null reduziert. Die im gedehnten Schraubenschaft gespeicherte Energie wirkt dann wie eine Feder, die die Schraube entlang der Gewindeflanke „nach oben“ (also in Richtung Lösen) drückt. Eine flache Scheibe schaut diesem Prozess tatenlos zu.

Fazit

In der modernen Technik gelten einfache Unterlegscheiben sowie früher gebräuchliche Federringe (DIN 127) für viele Anwendungen als wirkungslos gegen Losdrehen.

Bessere Alternativen bei Vibrationen sind:

  • Keilsicherungsscheiben (z. B. Nord-Lock): Nutzen Keilflächen, um ein Losdrehen physikalisch unmöglich zu machen.
  • Chemische Schraubensicherungen: Klebstoffe (z. B. Loctite), die die Hohlräume im Gewinde füllen.
  • Sperrzahnschrauben/-muttern: Verkrallen sich in der Oberfläche.
  • Klemmmuttern: Besitzen einen Kunststoffsperrring oder ein verformtes Gewinde.