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Unterlegscheiben - Arten / Verwendung / Vorteile und Nachteile
In diesem Artikel stellen wir Ihnen einige der vielen Varianten von Unterlegscheiben vor. Wir erklären die Verwendung von Unterlegscheiben und betrachten die Vorteile und Nachteile von Unterlegscheiben. Dabei gehen wir auch auf die Materialien Metall und Kunststoff ein.
Allgemeines über Unterlegscheiben
Unterlegscheiben sind die wahrscheinlich am häufigsten verwendeten Bauteile in einer Schraubverbindung im Maschinenbau. Sie werden oft auch als Beilagscheiben oder Distanzscheibe bezeichnet und dienen dazu, die Stabilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Verbindungen zu verbessern. Unterlegscheiben können aus den verschiedensten Materialien gefertigt sein.
Um sicherzustellen, dass Unterlegscheiben für die verschiedenen Anwendungen konsistent hergestellt und verwendet werden können, sind die Standardspezifikationen in vielen Normen für die speziellen Ausführungen festgelegt worden. Eine Auswahl an Normen sind:
- Unterlegscheiben DIN 125
- Unterlegscheiben DIN 9021
- Unterlegscheiben ISO 7093
- Passscheiben DIN 988
- Unterlegscheiben JIS B 1258 - 2006
- Unterlegscheiben JIS B 1256 (F) - 1978
Arten von Unterlegscheiben
Unterlegscheiben gibt es in einer Vielzahl von Arten und Ausführungen, die entsprechend dem Einsatzgebiet und Verwendungszweck variieren können.
Nachfolgend stellen wir einige der gängigsten Arten vor.
Unterlegscheibe (U-Scheiben): Es handelt sich in der Regel um ein rundes, flaches Bauteil mit einer mittigen Bohrung. Unterlegscheiben können aber auch eine andere Form besitzen. Zum Beispiel können sie auch keilförmig, viereckig oder oval sein. Auch Sonderformen als formschlüssige Sicherungsscheibe sind üblich.
Große Unterlegscheiben (auch Karosseriescheiben) dienen dazu, eine Kraft auf einer größeren Fläche zu verteilen und gleichzeitig das Eindringen der Kontaktfläche des Bolzenkopfes oder der Mutter in die Materialoberfläche zu verhindern.
Je nach Materialanforderung an Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit gibt es die Unterlegscheiben aus Edelstahl, Stahl oder anderen Metallen sowie Kunststoffen.
Durch die Verwendung von Federringen wird verhindert, dass Schrauben oder Bolzen sich lockern und die Verbindung aufgrund von Vibrationen oder äußeren Belastungen gelöst wird.
Sie sind meist aus federndem Material wie Federstahl gefertigt und zeichnen sich durch ihre gebogene oder gewellte Form aus, was eine zusätzliche Spannung zwischen den Komponenten aufrechterhält.
Die Form der Federringe erzeugt eine zusätzliche Reibung zwischen den Bauteilen und trägt ebenfalls zur Sicherung der Verbindung bei.
Sicherungsscheiben: Sicherungsscheiben können auch als Spannscheibe, Sperrringe, Zahnscheiben, Fächerscheiben, Speerzahnscheiben oder gewellte Zahnscheiben konstruiert sein. Ihre Konstruktion oder spezielle Verriegelungselemente wie Sperrzähne oder Gewindeverformungen tragen dazu bei, die Verbindung zuverlässig zu sichern.
Diese Unterlegscheiben haben Zähne oder Rillen auf einer oder beiden Seiten, um eine bessere Haftung und Rutschfestigkeit zu erzielen.
Spezielle Sicherungselemente auf den Sicherungsscheiben können in das Gewinde der Schraube oder des Bolzens eindringen und so ein Zurückdrehen oder Lockern verhindern. Durch die gezahnte Kontur kann sich die Unterlegscheibe besser auf der Kontaktfläche des Bauteils festkrallen, was die Rutschfestigkeit der Verbindung erhöht.
Dies macht sie besonders nützlich in Anwendungen, in denen eine zuverlässige Fixierung erforderlich ist.
Keilscheiben: Keilscheiben sind Unterlegscheiben, deren äußere Kontur kegelförmig oder konisch ist. Diese spezielle Form ermöglicht es, den Abstand zwischen zwei Bauteilen zu verändern, eine Oberflächenunebenheit, eine Neigung oder Ausrichtung anzupassen, indem sie unter die Schraube oder den Bolzen gelegt wird. Die Keilscheibe wird normalerweise so platziert, dass die konische Seite die gewünschte Richtung der Anpassung oder Ausrichtung aufweist.
Passscheiben: Passscheiben können auch als Ausgleichsscheiben oder Positionierungsscheiben bezeichnet werden.
Im Maschinenbau und Sondermaschinenbau werden Passscheiben verwendet, um eine präzise Ausrichtung von Komponenten zu gewährleisten oder um Unwuchten auszugleichen und unerwünschte axiale Bewegungen zu verhindern. Dafür werden die Passscheiben zwischen bewegliche Teile wie z.B.: Zahnrädern und Lagern platziert, um sicherzustellen, dass diese ordnungsgemäß ausgerichtet sind und in der vorgegebenen Toleranz reibungslos miteinander arbeiten.
Je nach Materialanforderung an Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit gibt es Passscheiben aus Edelstahl, Messing oder anderen Metallen sowie aus Kunststoff.
Kunststoffscheiben: Unterlegscheiben aus Kunststoff bieten aufgrund ihrer verschiedenen Materialeigenschaften spezifische Vorteile.
Kunststoffscheiben werden aus verschiedenen Kunststoffmaterialien hergestellt, darunter Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Nylon, Polycarbonat (PC) und viele andere. Die Wahl des Materials hängt von den spezifischen Anforderungen ab, z.B.:
- Festigkeit
- Temperaturbeständigkeit
- Korrosionsbeständigkeit
- Isoliereigenschaften
Kunststoffscheiben sind im Vergleich zu Metallscheiben leichter, was ihre Handhabung und Verarbeitung erleichtert. Kunststoffe sind in der Regel korrosionsbeständig, womit sie in feuchten oder aggressiven Umgebungen eingesetzt werden können. Zum weiteren sind Kunststoffe gute Isolatoren und eignen sich daher gut für elektrische Anwendungen.
Verwendung von Unterlegscheiben
Um die zweckdienliche und effektive Verwendung von Unterlegscheiben zu unterstützen, soll die nachfolgende Beschreibung dienen.
Zunächst muss geklärt werden, für welchen Zweck die Unterlegscheibe verwendet werden soll.
Anhand der Anforderung an die Verbindung kann nun die richtige Art der Unterlegscheibe ausgewählt werden.
Die optimale Größe und das passende Material der Unterlegscheiben müssen entsprechend den Anforderungen der Anwendung gewählt werden. Die Größe bezieht sich auf den Durchmesser und die Stärke bzw. Höhe der Unterlegscheibe.
Setzen Sie die Unterlegscheiben in der gewünschten Reihenfolge zwischen den zu verbindenden Komponenten ein. Achten Sie darauf, dass die Unterlegscheiben gleichmäßig und zentriert platziert werden, um eine gleichmäßige Lastverteilung zu gewährleisten.
Bei der Montage ist sicherzustellen, dass das Drehmoment, was über den Schraubenkopf oder Mutter auf die Unterlegscheibe wirkt, den erforderlichen Spezifikationen entspricht. Ein zu geringes oder zu hohes Drehmoment kann zu einer unsicheren Verbindung führen.
Eine regelmäßige Inspektion der Verbindung und Komponenten ist wichtig.
Dabei werden die Verbindungselemente auf Kraftschluss, Verschleiß, Risse, Verformungen und korrekten Sitz überprüft. Bei Bedarf wird die Verbindung nachgezogen oder Komponenten ausgetauscht.
Schraubverbindung in Kombination mit Hülsen
Durch den Einsatz von Hülsen aus Metall kann die Festigkeit der Schraubverbindung erhöht werden, insbesondere in Fällen, in denen die Unterlegscheibe allein nicht ausreicht, um die erforderliche Last zu tragen.
Darüber hinaus können Metallhülsen das Anzugsdrehmoment in Schraubverbindungen besser kontrollieren, da eine gleichmäßigere Spannung in der Verbindung erzeugt wird. Was wiederum dazu beiträgt, dass die Schraubverbindung ordnungsgemäß angezogen werden kann, ohne dabei übermäßig gedehnt oder beschädigt zu werden.
In Kombination mit Hülsen aus Kunststoff, wie beispielsweise Gummi oder Kautschuk können Vibrationen und Stöße massiv reduziert werden. Zudem können Hülsen aus Nichtmetall für eine elektrische Isolierung sowie im Leichtbau eingesetzt werden.
Vorteile und Nachteile von Unterlegscheiben
Aufgrund der verschiedenen Materialien ergeben sich auch verschiedene Vorteile und Nachteile von Unterlegscheiben.
Vorteile von Unterlegscheiben aus Metall
Unterlegscheiben aus Metall besitzen eine hohe Stabilität und können bei richtiger Dimensionierung unter hohen Belastungen verwendet werden, ohne sich zu verformen. Dadurch sind sie langlebig und widerstandsfähig gegenüber Verschleiß, was zur Reduzierung von Wartungskosten beiträgt.
Ebenfalls sind metallische Unterlegscheiben hitzebeständig und können hohen Temperaturen standhalten, wodurch sie in Umgebungen mit hoher Wärmeentwicklung eingesetzt werden können.
Metallische Unterlegscheiben sind gute elektrische Leiter und eignen sich gut für Anwendungen, bei denen eine elektrische Verbindung oder Ableitung bzw. Ableitfähigkeit erforderlich ist.
Unterlegscheiben aus Metall weisen eine ausgezeichnete Kompressionsbeständigkeit auf. Dies bedeutet, dass sie in der Lage sind, die Ausdehnung von Befestigungselementen unter Last effektiv zu minimieren. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, die Integrität der Verbindung zu erhalten und die Stabilität der Befestigung zu gewährleisten.
Unterlegscheiben aus Metall werden oft mit präzisen Abmessungen und Toleranzen hergestellt, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen es auf genaue Positionierung und Ausrichtung geht.
Nachteile von Unterlegscheiben aus Metall
Sind Unterlegscheiben aus Metall unbeschichtet und nicht chemikalien- und/oder korrosionsbeständig, sind diese in feuchten und aggressiven Umgebungen anfällig für Korrosion.
Im Vergleich zu Unterlegscheiben aus Gummi oder Kunststoff besitzen Unterlegscheiben aus Metall ein hohes Eigengewicht, was sich in gewichtsabhängigen Anwendungen nachteilig auswirkt.
Wenn Unterlegscheiben aus Metall nicht korrekt ausgewählt und platziert werden, können sie Schäden an Schrauben, Muttern oder dem Bauteil selbst verursachen.
Hohe Temperaturschwankungen können bei falscher Materialauswahl der Unterlegscheibe aus Metall zum übermäßigen Ausdehnen oder Zusammenziehen führen, was die Verbindung nachteilig beeinflussen kann.
Vorteile von Unterlegscheiben aus Kunststoff
Unterlegscheiben aus Kunststoff sind im Vergleich zu Unterlegscheiben aus Metall leichter, was die Handhabung erleichtert und die Masse der Konstruktion reduziert.
In feuchten Umgebungen oder im Kontakt mit aggressiven Medien können Kunststoffscheiben bei geeigneter Materialauswahl bestehen, ohne zu korrodieren oder Schaden zu nehmen.
Kunststoffscheiben sind hervorragende Isolatoren und werden oft in elektrischen Anwendungen verwendet, um eine elektrische Trennung zwischen Bauteilen sicherzustellen und Kurzschlüsse zu verhindern.
Kunststoffe haben oft eine geringere Reibung als Metalle, was dazu beitragen kann, den Verschleiß der Bauteile zu reduzieren.
Kunststoffscheiben können auch als Schallschutz eingesetzt werden, da sie Vibrationen und Geräusche dämpfen können.
Da Kunststoffe eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen, sind Kunststoffscheiben in Anwendungen vorteilhaft, wo eine thermische Isolierung wichtig ist.
Nachteile von Unterlegscheiben aus Kunststoff
Kunststoffscheiben können bei hohen Temperaturen schmelzen oder sich verformen. Dies kann in Anwendungen problematisch sein, bei denen hohe Temperaturen auftreten.
Im Vergleich zu Metall sind Kunststoffe in der Regel weniger fest und haben eine geringere Zugfestigkeit. Dies bedeutet, dass Kunststoffscheiben in hoch beanspruchten Anwendungen nicht so widerstandsfähig sind wie Unterlegscheiben aus Metall. Dadurch können sich Kunststoffscheiben schneller abnutzen und verschleißen, weshalb sie häufiger ausgetauscht werden müssen.
Unter Umständen können einige Chemikalien auch Kunststoffe angreifen und sie schwächen oder auflösen. Daher sind nicht alle Kunststoffscheiben in Umgebungen mit aggressiven Chemikalien geeignet.
Einige Kunststoffe können nicht oder nur schwer recycelt werden, insbesondere Verbundkunststoffe. Dies kann die Entsorgung und Wiederverwertung von Kunststoffscheiben erschweren.
