Sicherungselemente

Allgemeines

In der Verbindungstechnik hat sich seit der Erfindung der Schraube diese als unersetzliches Konstruktionselement behauptet. Nach wie vor sind Schraubenverbindungen eine der wichtigsten lösbaren Verbindungen. Dabei haben die Einsatzmöglichkeiten stets zugenommen. Nicht immer genügt eine einfache Schraube um die Sicherheit der Verbindung zu garantieren. Dann kommen Sicherungselemente zum Einsatz. Dieser Artikel soll einen kleinen Einblick in die Welt der Sicherungselemente geben. Da es so viele unterschiedliche Variationen von Sicherungsringen, -scheiben usw. 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.

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Übersicht ausgewählter Sicherungselemente

Bezeichnung	Abbildung	DIN
Sicherungsringe für Wellen		DIN 471	halten Bauteile z.B. Wälzlager in vorgegebener Position, haben keine Sicherungswirkung
Sicherungsringe für Bohrungen		DIN 472	halten Bauteile z.B. Wälzlager in vorgegebener Position, haben keine Sicherungswirkung
Sicherungsscheiben		DIN 6799	sichern von kleinen Bolzen z.B. Plattenspielern
Federstecker		DIN 11024	häufig zu lösenden Bolzenverbindungen z.B. bei Kranen und Baumaschinen
Splinte		DIN EN ISO 1234	lose und gelenkartige Bolzenverbindungen
Kronenmutter		DIN 935-1	sichern mit einem Splint z.B.Lenkungsbereich von Fahrzeugen
Stellring		DIN 705	begrenzen das axiale Spiel von Wellen, Achsen und Bolzen Führen lose sitzende Teile wie z.B. Scheiben auf Wellen

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Sicherungsringe (Halteringe)

Sicherungsring mit Spezialzange für eine Bohrung (Quelle: www.loebke-federn.de)

Sicherungsringe befestigen Bauteile, z.B. Wälzlager 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 hineinsetzen kann. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung, d.h. das Sicherungsringe einfach montiert bzw. demontiert werden können.

(Quelle: Roloff/Matek)

Einbau von Sicherungsringen auf Wellen und in Bohrungen

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

Sicherungsringe werden oft benutzt um Ritzel zu sichern (Quelle:http://www.rotoclip.com)

Federstecker und Splinte

Federstecker

Federstecker als Bolzensicherungselemente

Federstecker gehören mit zu den einfachen und schnellen Sicherungselementen. Sie werden hauptsächlich bei häufig zu lösenden Bolzenverbindungen eingesetzt ( z. B. Baumaschinen, Krane...). Dabei werden die Federstecker oft unverlierbar mit dem zu sichernden 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!

Federstecker, eingebaut (Quelle: Roloff/Matek)

Anwendungsbeispiel (Bungee Trampolin Anlage)

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.

(Quelle: Roloff/Matek)

Stellringe

Stellringe begrenzen das axiale Spiel von Wellen, Achsen, Bolzen. Sie haben die Aufgabe 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.

(Quelle: Roloff/Matek)

Stellringe aus Kunststoff

Fahrwerk für Kettenzug mit Stellring (Quelle: http://www.demagcranes.de)

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)

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Kronenmuttern

Wie es der Name schon sagt, heißt die Kronenmutter nicht nur Kronenmutter, sondern sieht auch so aus. Durch die Zwischenräume der Kronenmutter und der Bohrung in der Schraube wird ein Splint geführt und umgebogen. Dieser verhindert das Drehen 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)

Kronenmutter duch Splint gesichert (Quelle:http://www.rotoclip.com)

Maßnahmen gegen selbstständiges Losdrehen

Selbstständiges Lösen belasteter Schraubenverbindungen ist oft auf ungewollte Schwingungen 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 noch ein Verbindungselement mehr lösen kann. Da es bei der Konstruktion nicht immer möglich ist genügend Sicherheit in der Schraubenverbindung einzuplanen, wird in vielen Fällen auf unterschiedliche Schraubensicherungsmöglichkeiten zurückgegriffen.
Es ist schon lange bekannt das zum Beispiel ein Federring oder eine Federscheibe bedeutend weniger Federkraft aufbauen 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 mit 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.(verloren geht)

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.

Verliersicherungen

Schraubenverbindung durch Sicherungsblech gesichert	Schraubenverbindung durch Draht gesichert
	(Quelle:startrek-forum.doena-soft.de)

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

Hier gehts zur Lösung

Berechnungen an einer Gelenktaschenverbindung

Aufgabenstellung und Lösung

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
www.startrek-forum.doena-soft.de
www.gego.de
www.demagcranes.de
Urban 21:04, 10. Okt. 2008 (CEST)