Unterlegscheibe VS Federscheibe: Die Wahl der richtigen Verbindungselemente

Bei Befestigungsanwendungen kann die Wahl der richtigen Unterlegscheibe den Unterschied zwischen einem kostspieligen Misserfolg oder einem erfolgreichen Projekt ausmachen. Daher ist es sehr wichtig, die Unterschiede zwischen Unterlegscheiben und Federscheiben zu kennen. Dieses Wissen hilft Fachleuten in der Bau- und Konstruktionsbranche, die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit ihrer Projekte zu maximieren.

Heute wollen wir Ihnen einen vollständigen Überblick über Unterlegscheiben und Federringe geben. Wir werden ihre Eigenschaften, Anwendungen und Auswahlkriterien kennenlernen. Am Ende dieses Artikels werden Sie mit dem Wissen ausgestattet sein, um die beste Unterlegscheibe für Ihre speziellen Bedürfnisse auszuwählen.

Was ist eine flache Unterlegscheibe?

Unterlegscheiben sind scheibenförmige, dünne Teile mit einer zentralen Bohrung. Sie dienen zum Schutz von Oberflächen, zur Lastverteilung und zur Herstellung einer glatten Auflagefläche. Es gibt sie in vielen verschiedenen Ausführungen wie USS, SAE und gehärtete Versionen. 

Die Hersteller verwenden bei der Herstellung von Unterlegscheiben Materialien wie Stahl, Messing und Edelstahl. Jedes Material hat besondere Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen. Diese vielseitigen Verbindungselemente sind in vielen Montagesituationen in verschiedenen Branchen sehr wichtig. Für diejenigen, die große Mengen an Verbindungselementen benötigen, Bolzen und Muttern im Großhandel kann eine kostengünstige Lösung für Ihre laufenden Projekte bieten

Was ist eine Federwaschmaschine?

Federscheiben unterscheiden sich von flachen Unterlegscheiben durch ihre nicht flache Ausführung. Diese Konstruktion ermöglicht eine axiale Durchbiegung. Diese technischen Verbindungselemente bieten Vibrations- und Zugfestigkeit in Schraubverbindungen. Gängige Arten von Federscheiben sind Belleville-, Spalt- und Wellen-Scheiben. Jede hat besondere mechanische Eigenschaften. In der Regel werden rostfreier Federstahl und Stahl verwendet, da sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Elastizität aufweisen.

 Federscheiben können die Schraubenspannung gut aufrechterhalten und thermisches Wachstum kompensieren. Das macht sie perfekt für den Hochleistungsbetrieb. Man findet sie vor allem in Industriemaschinen, Fahrzeugaufhängungen und Maschinen für die Luft- und Raumfahrt.

Flache Unterlegscheiben vs. Federscheiben: Hauptunterschiede

Nachdem wir die Grundlagen von Unterlegscheiben und Federringen kennengelernt haben, wollen wir uns nun mit ihren Unterscheidungsmerkmalen befassen.

Form und Gestaltung

Flache Unterlegscheiben haben eine gleichmäßige flache Oberfläche und Dicke. Diese Dicke liegt normalerweise zwischen 0,5 mm und 3 mm. Durch diese Struktur wird die Last gleichmäßig über eine große Fläche verteilt. Im Gegensatz dazu haben Federscheiben eine nicht flache Struktur, die eine axiale Kompression ermöglicht. Ihre speziellen Formen, wie z. B. die kegelförmigen, spiralförmigen Federringe oder Belleville-Scheiben, ermöglichen eine Kompression unter Druck. 

Mechanische Eigenschaften

Unter Belastung zeigen Flachdichtungen nur eine geringe elastische Verformung und behalten ihre ursprüngliche Form. Sie verteilen die Belastung gleichmäßig über ihre Oberfläche und halten hauptsächlich Drücke bis zu 30.000 psi aus.

Federscheiben sind für eine kontrollierte elastische Verformung geformt. Ihre nichtlineare Lastverformungseigenschaft ermöglicht es ihnen, Energie abzugeben und zu absorbieren. Diese Eigenschaft erhöht ihre Ermüdungsbeständigkeit, wobei einige Federringe über 1 Million Druckzyklen durchlaufen. Sie ist wichtig in Situationen, in denen instabile Schwingungen und Belastungen auftreten.

Vibrationsfestigkeit

Flache Unterlegscheiben bieten nur einen geringen eingebauten Vibrationswiderstand und hängen hauptsächlich von der Reibung ab, um die Integrität der Verbindung zu erhalten. Ihre Wirksamkeit nimmt in vibrationsanfälligen Umgebungen ab und kann sich bereits bei Frequenzen von 10 Hz lockern.

Federringe dämpfen aktiv Schwingungen. Ihre elastische Beschaffenheit absorbiert die Schwingungsenergie und erhält die Schraubenspannung auch bei hochfrequenten Schwingungen bis zu 2000 Hz. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen wie Industriemaschinen oder Automotoren.

Vorteile und Nachteile von Unterlegscheiben und Federringen

Um ein detailliertes Wissen über diese Verbindungselemente zu erlangen, werden wir nun ihre Vorteile gegen ihre Nachteile abwägen.

Unterlegscheiben

Flache Unterlegscheiben verteilen die Lasten gut, so dass die Kräfte auf Bereiche verteilt werden, die bis zu 300% größer sind als der Schraubendurchmesser. Dies vermindert erheblich Spannungskonzentrationen. Bei weicheren Materialien sind sie gut geeignet, um Oberflächenschäden zu minimieren. Sie können Drücke bis zu 30.000 psi aushalten, ohne sich zu verformen.

Aufgrund ihrer glatten Kontaktfläche erhöhen flache Unterlegscheiben die Stabilität des Materials. Sie können kleine Oberflächenrauhigkeiten bis zu 0,5 mm ausgleichen. Große Anwendungen profitieren von ihren niedrigen Kosten, mit Massenpreisen von nur $0,01 pro Stück.

Flache Unterlegscheiben haben aber auch einige Nachteile. Ihre Vibrationsfestigkeit ist gering, was dazu führen kann, dass sie sich bei dynamischen Belastungen über 10 Hz lockern. In Situationen mit hohen Vibrationen können zusätzliche Sicherungsmechanismen erforderlich sein, was die Montagekosten und die Komplexität erhöhen kann.

Federscheiben

Federscheiben halten die Spannung in Schraubverbindungen bis zu einer Frequenz von 2000 Hz aufrecht. Aus diesem Grund sind sie besonders vibrationsbeständig. Durch ihre Fähigkeit, Energie freizusetzen und zu absorbieren, können sie thermische Kontraktion und Expansion ausgleichen. Dadurch bleibt die Festigkeit der Verbindung von -40°C bis 120°C erhalten. Baugruppen, die eine genaue Kontrolle der Vorspannung benötigen, profitieren von ihrer axialen Flexibilität. Einige Modelle bieten Tragfähigkeiten von 71 N bis 55.600 N.

Auch Federscheiben haben einige Grenzen. Ihre komplizierte Form kann die Spannungskonzentration erhöhen. Dies kann zu Ermüdungsproblemen bei hochzyklischen Vorgängen führen, wenn die Zyklen 1 Million überschreiten. Sie verteilen die Lasten auf kleinere Flächen als Unterlegscheiben, die meist nur das 1,5-fache des Schraubendurchmessers abdecken. Aufgrund ihres komplizierten Herstellungsprozesses kosten sie in der Regel 3 bis 5 Mal mehr als flache Unterlegscheiben.

Vergleichstabelle:

Industrieanwendungen

Flache und federnde Unterlegscheiben werden in zahlreichen Branchen verwendet. Lassen Sie uns über ihre Verwendung in einigen Industrien sprechen.

Unterlegscheiben

Aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Flexibilität sind Unterlegscheiben in vielen verschiedenen Branchen sehr wichtig.

Bauwesen und allgemeine Befestigungen

Unterlegscheiben spielen eine wichtige Rolle bei Stahlträgerverbindungen, wo sie Lasten von bis zu 30.000 psi auf größere Flächen verteilen. Sie sind sehr nützlich in Dachstühlen, um das Spalten von Holz zu verhindern, indem sie den Schraubendruck verteilen. Unterlegscheiben haben auch eine wichtige Funktion in Betonverankerungssystemen, wo sie die Last der Ankerschraube verteilen. Sie schützen den Beton vor Rissen bei hohen Zugkräften bis zu 150.000 N.

Klempnerarbeiten

Rohrflanschverbindungen profitieren von flachen Unterlegscheiben, die eine gleichmäßige Kompression der Dichtung garantieren und die Integrität der Verbindung bei einem Systembetrieb von -40°C bis 120°C aufrechterhalten. Diese Unterlegscheiben werden auch für wasserdichte Abdichtungen in Sanitärinstallationen benötigt. Sie verhindern Leckagen bei Wasserhahninstallationen unter 80 psi Druck.

Holzbearbeitung

Im Möbelbau schützen Unterlegscheiben Weichholz vor Schäden. Sie verhindert das Einsinken der Schrauben in das Holz. Außerdem bewahrt sie die Festigkeit der Verbindungen bei einer Belastung von bis zu 500 kg. Terrassenbauer verwenden diese Unterlegscheiben, um Feuchtigkeit in der Nähe von Befestigungselementen abzuhalten, was die Lebensdauer von Terrassen um fast 5 Jahre verlängert.

Federscheiben

Während flache Unterlegscheiben für statische Anwendungen geeignet sind, eignen sich Federscheiben für dynamische Umgebungen.

Luft- und Raumfahrt

Bei wichtigen Befestigungssituationen in der Luft- und Raumfahrtindustrie kommen in der Regel Federringe zum Einsatz. Federringe verhindern das Lösen von Rumpfplattenbefestigungen bei Höhenvibrationen von bis zu 2000 Hz. Trotz hoher Temperaturen, die von -54°C bis 300°C reichen, halten konische Federscheiben in Triebwerksaufhängungen von Flugzeugen die Schraubenspannung aufrecht.

Industrielle Ausrüstung

Schwere Industriemaschinen profitieren von den vibrationsfesten Eigenschaften der Tellerfedern. In Bergbaumaschinen verwenden Brecheranlagen Belleville Scheiben, um die Festigkeit der Verbindungen bei Belastungen von bis zu 55.600 N aufrechtzuerhalten. Windkraftanlagen verwenden Tellerfederpakete in Blattverstellmechanismen. Sie ermöglichen große Auslenkungen bei gleichbleibendem Drehmoment für mehr als 20 Jahre Einsatzdauer.

Automobil- und Maschinenbaugruppen

Belleville Unterlegscheiben halten die exakte Vorspannung in Ventilteilen von Kraftfahrzeugmotoren aufrecht und halten hochfrequenten Vibrationen bis zu 2000 Hz stand. Federungssysteme verwenden diese Scheiben, um Stöße von der Straße abzufangen und den Fahrkomfort zu erhöhen. Werkzeugmaschinen verwenden Wellenscheiben in Spindelkonfigurationen zum Ausgleich von Wärmeausdehnung über Temperaturbereiche von -40°C bis 120°C. Es garantiert eine stabile Genauigkeit während des Betriebs.

Faktoren, die bei der Wahl der richtigen Waschmaschine zu berücksichtigen sind

Bei der Wahl zwischen Flach- und Federscheiben ist eine sorgfältige Bewertung erforderlich. Hier sind die wichtigsten Faktoren, die Sie zu einer besseren Entscheidung führen werden.

Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit

Umweltfaktoren sind wichtig für die Lebensdauer einer Unterlegscheibe. Sowohl flache als auch federnde Unterlegscheiben aus rostfreiem Stahl sind korrosionsbeständig unter rauen Bedingungen. In extremen Umgebungen können spezielle Beschichtungen bis zu 1000 Stunden Salzsprühnebeltests standhalten. Beurteilen Sie Ihre Umweltanforderungen, um das richtige Material auszuwählen.

Anwendungsspezifische Lastanforderungen

Die Wahl der Unterlegscheibe hängt von den Belastungsanforderungen ab. Flache Unterlegscheiben eignen sich für statische Belastungen bis zu 30.000 psi. Federscheiben hingegen bewältigen dynamische Belastungen von 71 N bis 55.600 N. Berücksichtigen Sie vor der Auswahl Ihre speziellen Anforderungen an die Kraftverteilung.

Überlegungen zur Kostenwirksamkeit und Langlebigkeit

Das Gleichgewicht zwischen Anschaffungspreis und langfristigem Gewinn muss berücksichtigt werden. Federscheiben kosten zwar drei- bis fünfmal mehr als Unterlegscheiben, aber ihre Vibrationsfestigkeit kann die Lebensdauer der Befestigungselemente um bis zu 300% erhöhen. Vergleichen Sie Ihr Budget mit der erwarteten Lebensdauer, um die kostengünstigste Verbindung zu finden.

Vibrations- und Schockbelastung

Federscheiben eignen sich besser für Umgebungen mit hohen Vibrationen. Sie bleiben bei Frequenzen bis zu 2000 Hz wirksam. Flache Unterlegscheiben können für vibrationsarme Anwendungen unter 10 Hz ausreichend sein. 

Zugänglichkeit bei Installation und Wartung

Flache Unterlegscheiben lassen sich aufgrund ihrer Einfachheit schneller einbauen. Federscheiben benötigen unter Umständen eine gewisse Neigung, die die Montagezeit um 15 bis 30 Sekunden pro Befestigungselement verlängern kann. Dies wirkt sich auf die langfristige Produktivität aus, daher sollten diese Faktoren sorgfältig bedacht werden.

Kompatibilität der Befestigungsmittel

Für eine optimale Leistung müssen die Materialien kompatibel sein. Galvanische Korrosion können entstehen, wenn verschiedene Metalle miteinander in Berührung kommen. So sollten Sie beispielsweise Unterlegscheiben aus rostfreiem Stahl mit Schrauben aus rostfreiem Stahl verwenden, um das Korrosionsrisiko zu verringern.

Schlussfolgerung

Die Wahl zwischen Flach- und Federscheiben hängt von Ihren besonderen Bedürfnissen ab. Faktoren wie Vibrationsfestigkeit, Umweltbedingungen und Lastverteilung sollten Ihre Entscheidung leiten. Die genaue Kenntnis der Stärken und Grenzen jedes Typs garantiert den besten Projekterfolg und auch die beste Leistung der Befestigungsmittel.

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