Warum verlieren Federringe als Sicherungselemente bei der Verwendung von hochfesten Schrauben (Klasse 8.8 oder höher) oft ihre Wirkung?

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Federringe (nach DIN 127 oder DIN 128) gelten heute in der Ingenieurtechnik als unwirksam, insbesondere wenn sie zusammen mit hochfesten Schrauben (Klasse 8.8, 10.9 oder 12.9) verwendet werden. In vielen Normen wurden sie daher bereits als Sicherungselemente zurückgezogen.

Hier sind die Hauptgründe, warum sie bei hochfesten Verbindungen ihre Wirkung verlieren:

1. Die Vorspannkraft übersteigt die Federkraft bei weitem

Hochfeste Schrauben werden so konstruiert, dass sie mit einer sehr hohen Vorspannkraft angezogen werden, um die Bauteile fest zusammenzupressen.

  • Das Problem: Die Kraft, die nötig ist, um einen Federring "flachzudrücken", ist winzig im Vergleich zur Vorspannkraft einer 8.8er Schraube.
  • Die Folge: Lange bevor die Schraube ihr vorgesehenes Anzugsdrehmoment erreicht hat, ist der Federring bereits komplett plattgedrückt. Er wirkt dann nur noch wie eine unebene, weiche Unterlegscheibe. Er hat keinen Federweg mehr, um ein Lockern durch Setzerscheinungen auszugleichen.

2. Fehlender Formschluss (Härteunterschiede)

Ein Federring soll sich theoretisch mit seinen scharfen Kanten in den Schraubenkopf und das Bauteil "eingraben", um ein Losdrehen mechanisch zu verhindern.

  • Das Problem: Hochfeste Schrauben (ab 8.8) haben eine sehr hohe Oberflächenhärte.
  • Die Folge: Die Kanten des Federrings sind oft weicher oder nur gleich hart wie die Schraube. Anstatt sich einzugraben, wird die Kante des Federrings einfach stumpf gedrückt. Es findet kein echter Formschluss statt.

3. Erhöhte Setzbeträge (Die "weiche" Stelle)

In einer Schraubverbindung möchte man so wenig elastische oder plastische Verformung wie möglich in den Zwischenlagen haben.

  • Das Problem: Ein Federring ist ein zusätzliches Bauteil mit zwei zusätzlichen Grenzflächen. Unter der enormen Last einer hochfesten Schraube neigt der Federring dazu, sich plastisch zu verformen oder sich in die Oberfläche des (oft weicheren) Bauteils einzugraben.
  • Die Folge: Dies führt zu sogenannten Setzerscheinungen. Das Material gibt nach, wodurch die Vorspannkraft der Schraube sinkt. Paradoxerweise sorgt der Federring also oft erst dafür, dass die Schraube locker wird, anstatt sie zu sichern.

4. Gefahr von Rissbildung

Bei hochfesten Verbindungen können die punktuellen Belastungen, die durch die scharfen Kanten des Federrings entstehen, Kerbwirkungen erzeugen. Dies kann bei dynamisch belasteten Bauteilen zu Ermüdungsrissen und letztlich zum Bruch der Schraube oder des Bauteils führen.

Was nutzt man stattdessen?

Da Federringe (und auch Zahnscheiben) nachweislich keinen Schutz gegen Losdrehen bei hohen Vorspannkräften bieten, setzt man heute auf:

  • Dehnschrauben: Nutzen die Eigenelastizität der Schraube.
  • Klebstoffe: Chemische Schraubensicherung (z. B. Loctite).
  • Keilsicherungsscheiben: (z. B. Nord-Lock), die auf dem Keilprinzip basieren und die Vorspannkraft sogar bei Vibrationen aufrechterhalten.
  • Korrekte Auslegung: Oft ist eine korrekt berechnete Vorspannkraft (bei der die Reibung unter dem Kopf und im Gewinde das Losdrehen verhindert) die beste Sicherung.

Fazit: Der Federring stammt aus einer Zeit, als Schrauben noch nicht so fest angezogen werden konnten. Bei modernen, hochfesten Verbindungen ist er nicht nur wirkungslos, sondern durch das Risiko von Setzerscheinungen sogar ein Sicherheitsrisiko.

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