Sicherungselemente
Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
In der Verbindungstechnik hat sich seit der Erfindung der Schraube diese als unersetzliches Konstruktionselement behauptet. Nachwievor sind Schraubenverbindungen eine der wichtigsten lösbaren Befestigungen. Dabei haben die Einsatzmöglichkeiten stets zugenommen. Nicht immer genügt eine einfache Schraube um die Sicherheit der Verbindung zu garantieren. Dann kommen Sicherungselemente zu ihrem Einsatz. Dieser Artikel soll einen kleinen Einblick in die Welt der Sicherungselemente geben. Da es so viel unterschiedliche Variationen von Sicherungsringen, -scheiben u. s. w. gibt sehe ich davon ab auf jeden einzeln einzugehen sondern gebe jediglich einen Überblick über die meist angewendeten. Sicherungselemente sind übliche Maschinenelemente, die in jeder Konstruktion zu finden sind, sie sichern meist durch Formschluss und begrenzen als Führungselemente andere Maschinenteile gegen das axiale Spiel.
Sicherungselemente sind unscheinbar doch unverzichtbar, oft unterschätzt aber fast überall im Einsatz.
Übersicht ausgewählter Sicherungselemente
Sicherungsringe (Halteringe)
Sicherungsringe befestigen Bauteile auf Wellen oder in Bohrungen. Daraus erzielt man konstruktive Vereinfacherungen, die effizienter und kostengünstiger als herkömmliche Befestigungsmittel sind. Sie haben die Aufgabe, Buchsen, Wälzlager, Räder u. ä. auf Achsen, Wellen und Bohrungen gegen axiale Verschiebungen zu sichern.
Sicherungsringe bestehen unter anderem aus Federstahl. Dieser Werkstoff lässt die Sicherungsringe flexibel, so dass sie sich beim beim Einbau durch Auf- oder Zusammenbiegen mit speziellen Zangen gleichförmig in der Nut festsetzen.
Sicherungsringe müssen gratfrei sein und werden im Regelfall mit einem Korrosionsschutz geliefert. Dadurch, dass zwischen Nut und Sicherungsring eine hohe Kerbwirkung auftritt, wird empfohlen, Sicherungsringe möglichst nur am Ende von Wellen und Bohrungen anzuordnen.
Sicherungsringe werden aus weniger Material hergestellt als herkömmliche Verbindungselemente , wie z.B. Schrauben, Muttern und Gewindebolzen. Um die Funktion eines Sicherungsringes zu erhalten ist nur eine einfache Nut erforderlich , in die sich der Sicherungsring hineinsetzten kann. Dies ermöglicht eine eine einfache Handhabung, dass heißt das Sicherungsringe einfach montiert bzw. demontiert werden können.
Einbau von Sicherungsringen auf Wellen und in Bohrungen
Kurzzeichen
d1 = Bolzendurchmesser
d2 = Innendurchmesser des Federringes
d3 = Durchmesser des Welleneinstiches
d4 = Drahtduchmesser
d5 = Aussendurchmesser des Federringes
d6 = Durchmesser des Bohrungseinstiches
r = d4/2 = Radius der Einstiche
Federstecker und Splinte
Federstecker
Federstecker gehören mit zu den einfachen und schnellen Sicherungselementen. Sie werden hauptsächlich bei sehr oft bzw. häufig zu lösenden Bolzenverbindungen eingesetzt ( z. B. Baumaschinen, Krane...). Dabei werden die Federstecker oft unverlierbar mit dem zu sicherndem Bauteil, z.B. mit einer Kette verbunden.
Hergestellt werden sie aus Federstahldraht nach DIN 11024. Der passende Federstecker wird duch die Abmaße der zu sichernden Bolzen bzw. Schrauben gewählt.
ACHTUNG : Federstecker sind nicht zum Übertragen von Kräften geeignet!
Verbindung Stützstrebe und Beinrohr mit Steckbolzen und Federstecker |
Mastkopf |
Quelle: http://www.jumpandfun.de |
Splinte
Splinte sind ein einfaches und kostengünstiges Sicherungselement.
Sie finden ihren Einsatz bei losen Bolzenverbindungen bzw. bei gelenkartigen Bolzenverbindungen sowie Schraubenverbindungen.
Splinte werden überwiegend aus weichem Baustahl hergestellt, seltener aus Kupfer oder Kupfer-Zink-, Al-Legierungen.
Splinte werden in der Regel im Kfz-Bereich aufgrund der Sicherheit und ihrer Flexibilität nur einmal eingebaut.
Eine Schraubenverbindung mit Splint ist z. B. die Kronenmutter mit Splint.
Stellringe
Stellringe begrenzen das axiale Spiel von Wellen, Achsen, Bolzen. Sie haben die Augabe lose Teile, z. B. Scheiben, Räder auf einer Welle zu führen. Um mit der Welle fest fixiert zu sein werden Stellringe mit Hilfe eines Gewindestiftes mit Spitze auf dieser befestigt. Aus Sicherheitsgründen sollten die Gewindestifte nicht überstehen, d.h. nicht aus dem Sicherungsring ragen.
Sicherungsscheiben
Sicherungsscheiben sind Scheiben zum axialen Halten von Bauteilen auf Wellen.
Sie werden auch Haltescheiben genannt. Ihre Anwendungsbereiche liegen im Apparatebau
und bei Büromaschinen. Hier dienen sie als Haltescheiben auf kleinen Wellendurchmessern.
Anwendungsbereiche
- Elektrotechnik
- Büromaschinen
- Fahrzeugbau
- Optik- und Elektroindustrie
- Feinmechanik
Sicherungsscheiben in Anwendungsbeispielen Quelle:http://www.rotoclip.com
Greifring sichert Bauteile an einem Sicherheitstor | Eine Sicherungsscheibe hält die Messer dieses Papierschredders auf der Welle |
Produktauswahl einiger Sicherungsbleche, -scheiben und -ringe Quelle:http://www.gego.de |
Kronenmuttern
Wie der Name es schon sagt, die Kronenmutter heißt nicht nur Kronenmutter sondern sieht auch so aus.
Durch die Zwischenräumeder Kronenmutter und der Bohrung in der Schraube wird ein Splint geführt und umgebogen.
Dieser verhindert das Losdrehen der Mutter und somit ein Lösen der Verbindung.
Kronenmutter nach DIN 935 Quelle:http://www.bohrenfeldt.de |
Kronenmutter nach DIN 937 Quelle:http://www.bohrenfeldt.de |
Maßnahmen gegen selbstständiges Losdrehen
Selbstständiges Lösen belasteter Schraubenverbindungen ist oft auf selbstständiges Lösen zurückzuführen. Das hat zur Folge das Schadensfälle durch den Verlust der Vorspannkraft in Form von Bruch oder Losdrehen verursacht werden.
Durch Überwindung des Reibschlusses zwischen den Verbindungselementen entsteht das Losdrehmoment welches für das Losdrehen verantwortlich ist.
Durchsteckverbindungen (Schraube und Mutter) sind sehr gefährdet, da sich hier ein Verbindungselement mehr lösen kann.
Da bei der Konstruktion es nicht immer möglich ist genügend Sicherheit in die Schraubenverbindung einzuplanen wird in vielen Fällen auf unterschiedliche Schraubensicherungsmöglichkeiten zurückgegriffen.
Es ist schon lange bekannt das zum Beispiel ein Ferdering oder eine Federscheibe bedeutend weniger Federkraft aufbaut als die Schraubenverbindung an Spannkraft und somit Wirkungslos sind.
Dennoch finden Sicherungselemente aber immer noch ihren Einsatz in vielen Konstruktionen .
Setzsicherung
Setzsicherungen gleichen bei einer Schraubenverbindung Setzerscheinungen aus. Sie erhöhen die Elastizität der Verbindung.
Die Vorspannkraft wird erhalten und wirkt einem Lösen / lockern der Schraubenverbindung entgegen. Bei einer erzwungenden Relativbewegung ist es dennoch nicht vermeidbar das sich die Bauteile lösen. Ähnlich einer Druckfeder verhalten sich Setzsicherungen.
Beispiele für Setzsicherungen:
- Federscheiben
- Zahnscheiben
- Tellerfedern hoher Steifigkeit
- Spannscheiben
Diese werden bei axial beanspruchten Verbindungen der unteren Festigkeitsklassen eingesetzt.
Ab einer Festigkeitsklasse von 8.8 sind sie ungeeignet!
Verliersicherung
Verliersicherungen verhindern die ungewollte selbstständige Demontage einer Schraubenverbindung, d. h. ein vollständiges Auseinanderfallen der Verbindung soll vermieden werden.
Sie verhindern nicht das Lösen der Verbindung, sondern beschränken sich lediglich darauf das die Schraubenverbindung nicht auseinanderfällt.
Beispiele für Verliersicherungen:
- Drahtsicherungen
- Sicherungsbleche
- Kronenmutter mit Splint
- Mutter mit Kunststoffringen
- Schrauben mit Gewindesicherungen aus Metall oder Kunststoff
Bei der Drahtsicherung werden zwei nebeneinander liegende Schrauben mit einem Stück Draht verbunden. Die Schraubenköpfe haben eine Bohrung durch die der Draht gezogen wird und die Enden später verdreht werden.
Sicherungsbleche gibt es mit einem oder zwei Lappen. Diese Sicherungsbleche werden für quer beanspruchte Verbindungen der unteren Festigkeitsklasse verwendet. Hierbei werden nach dem Anziehen der Schraube die Nasen der Sicherungsbleche am Schraubenkopf nach oben gebogen um zu verhindern das sich die Schraube löst.
Sicherungsbleche gibt es in verschiedenen Ausführungen. Ihren Einsatz finden sie bei quer beanspruchten Verbindungen der unteren Festigkeitsklassen.
Sicherungsblech mit ein oder zwei Lappen DIN 463, 93, für quer beanspruchte Verbindungen der
Losdrehsicherung
Losdrehsicherungen sichern eine Schraubenverbindung gegen selbstständiges lösen z. B. durch Erschütterungen.Sie werden zum verhindern der Relativbewegung zwischen den Sicherungselementen eingesetzt.
Beispiele für Losdrehsicherungen sind:
- Klebstoffe
- Sperrzahnschrauben
- Sperrzahnmuttern
Übungsaufgaben
Zuordnungsaufgabe
Arbeitsblatt Sicherungselemente
Berechnungen an einer Gelenktaschenverbindung
Quellen
1. Alfred Böge (Hrsg.): Das Techniker Handbuch, Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik, Vieweg Verlag, 15. Aufl. 1999, ISBN 3-528-34053-3
2. Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 18. Aufl. 2007,
ISBN 978-3-8348-0262-0
weitere Quellen:
www.jumpandfun.de
www.directindustry.de
www.loebke-federn.de
www.rotoclip.com
www.bohrenfeldt.de