Jeder Mechaniker hat sie schon benutzt, aber die meisten wissen nicht, wie viele verschiedene Unterlegscheiben es gibt, aus welchen Materialien sie bestehen und wie man sie richtig verwendet. Im Laufe der Jahre haben wir zahlreiche Fragen zu Unterlegscheiben erhalten, daher war ein Fachartikel mit Informationen zu diesen Bauteilen längst überfällig.

Kürzlich haben wir uns mit der Herstellung von Hochleistungsbefestigungselementen in Zusammenarbeit mit Automotive Racing Products, Inc. (ARP) beschäftigt und die Grundlagen dieses Themas ausführlich behandelt. Nun ist es an der Zeit, einem oft unterschätzten Befestigungselement die gebührende Aufmerksamkeit zu schenken: der einfachen Unterlegscheibe.

In den folgenden Abschnitten werden wir darauf eingehen, was Unterlegscheiben sind, welche verschiedenen Arten von Unterlegscheiben es gibt, wozu sie dienen, wie sie hergestellt werden, wo und wann man sie verwendet – und ja, wir werden sogar darauf eingehen, ob Unterlegscheiben eine bestimmte Drehrichtung haben oder nicht.

Im Allgemeinen ist eine Unterlegscheibe eine scheibenförmige, scheibenartige Platte mit einem Loch in der Mitte. Auch wenn das Design simpel erscheinen mag, erfüllen Unterlegscheiben tatsächlich eine komplexe Aufgabe. Sie werden häufig verwendet, um die Last von Gewindeverbindungen wie Schrauben oder Zylinderschrauben zu verteilen.

Sie können auch als Abstandshalter oder – in manchen Fällen – als Verschleißschutz, Sicherungselement oder sogar zur Vibrationsdämpfung, ähnlich einer Gummischeibe, verwendet werden. Die Grundkonstruktion einer Unterlegscheibe zeichnet sich durch einen Außendurchmesser aus, der doppelt so groß ist wie ihr Innendurchmesser.

Unterlegscheiben bestehen üblicherweise aus Metall, können aber je nach Anwendung auch aus Kunststoff oder Gummi gefertigt sein. Im Maschinenbau benötigen hochwertige Schraubverbindungen gehärtete Stahlscheiben, um ein Eindrücken der Verbindungsflächen zu verhindern. Dieses Phänomen wird als Brinellierung bezeichnet. Solche kleinen Eindrücke können mit der Zeit zu einem Verlust der Vorspannung des Befestigungselements, zu Rattern oder übermäßigen Vibrationen führen. Schreitet dieser Zustand fort, können sich diese Bewegungen zu weiterem Verschleiß beschleunigen, der häufig als Abplatzen oder Fressen bezeichnet wird.

Unterlegscheiben helfen auch, galvanische Korrosion zu verhindern. Diese tritt auf, wenn bestimmte Metalle miteinander in Kontakt kommen. Dabei wirkt ein Metall als Anode, das andere als Kathode. Um diesen Prozess von vornherein zu verlangsamen oder zu verhindern, wird eine Unterlegscheibe zwischen Schraube oder Mutter und dem zu verbindenden Metall verwendet.

Unterlegscheiben verteilen nicht nur den Druck gleichmäßig auf das zu befestigende Bauteil und verringern so das Risiko von Beschädigungen, sondern bieten auch eine glatte Oberfläche für die Mutter oder Schraube. Dadurch löst sich die Verbindung im Vergleich zu einer unebenen Befestigungsfläche deutlich seltener.

Es gibt spezielle Unterlegscheiben, die für verschiedene Zwecke entwickelt wurden: Sie dienen der Abdichtung, der elektrischen Erdung, der Ausrichtung des Befestigungselements, dessen Fixierung, der Isolierung oder der axialen Druckausübung auf die Verbindung. Diese speziellen Unterlegscheiben werden im Folgenden kurz erläutert.

Wir haben auch schon einige Fälle beobachtet, in denen Unterlegscheiben bei Schraubverbindungen falsch verwendet werden. Oftmals verwenden Laien Schrauben oder Muttern, deren Durchmesser für das zu verbindende Bauteil zu klein ist. In solchen Fällen passt die Unterlegscheibe zwar zum Schraubenkopf, verhindert aber, dass dieser durch die Bohrung des Bauteils gleitet. Das ist brandgefährlich und sollte niemals an einem Rennwagen versucht werden.

Häufig verwenden Mechaniker eine Schraube, die zu lang ist, aber nicht genügend Gewindegänge hat, wodurch die Verbindung nicht festgezogen werden kann. Auch das Stapeln mehrerer Unterlegscheiben auf den Schaft als Abstandshalter, bis die Mutter festgezogen werden kann, sollte vermieden werden. Wählen Sie die richtige Schraubenlänge. Die unsachgemäße Verwendung von Unterlegscheiben kann zu Schäden oder Verletzungen führen.

Generell werden heutzutage weltweit verschiedene Arten von Unterlegscheiben hergestellt. Einige sind speziell für Holzverbindungen, andere für Sanitärinstallationen konzipiert. Im Automobilbereich, so erklärt Jay Coombes, Forschungs- und Entwicklungsspezialist bei ARP, dass nur fünf Unterlegscheibenarten in der Fahrzeugwartung verwendet werden: die einfache Unterlegscheibe (oder Flachscheibe), die Kotflügelscheibe, die Federscheibe (oder Sicherungsscheibe), die Sternscheibe und die Einsatzscheibe.

Interessanterweise findet man in ARPs umfangreichem Sortiment an Befestigungselementen keine Federscheiben. „Sie eignen sich hauptsächlich für Befestigungselemente mit kleinem Durchmesser unter geringer Belastung“, erklärte Coombes. ARP konzentriert sich eher auf Hochleistungs-Rennsportbefestigungen, die höheren Belastungen standhalten. Es gibt Varianten dieser Unterlegscheiben für spezielle Zwecke, wie beispielsweise die einfache Unterlegscheibe mit Verzahnung an der Unterseite.

Eine Unterlegscheibe ist das bevorzugte Zwischenstück zwischen dem Kopf einer Schraube (oder Mutter) und dem zu befestigenden Objekt. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Last einer angezogenen Schraube oder Mutter zu verteilen und so Beschädigungen der Verbindungsfläche zu verhindern. „Dies ist besonders wichtig bei Aluminiumbauteilen“, so Coombes.

Das American National Standards Institute (ANSI) hat Normen für Unterlegscheiben im allgemeinen Gebrauch herausgegeben, die zwei Typen vorsehen. Typ A ist eine Unterlegscheibe mit großen Toleranzen, bei der Präzision nicht entscheidend ist. Typ B ist eine flache Unterlegscheibe mit engeren Toleranzen, deren Außendurchmesser je nach Schraubengröße (Innendurchmesser) in schmal, normal oder breit eingeteilt werden.

Wie bereits erwähnt, sind Unterlegscheiben komplexer als es die einfache Erklärung einer einzelnen Organisation vermuten lässt. Tatsächlich gibt es mehrere Definitionen. Die Society of Automotive Engineers (SAE) kategorisiert Unterlegscheiben nach Materialstärke und kleineren Innen- und Außendurchmessern im Vergleich zur Definition von Flachscheiben durch die United States Standards Organisation (USS).

Die USS-Normen legen die Standards für Unterlegscheiben mit Zollmaß fest. Diese Organisation definiert den Innen- und Außendurchmesser von Unterlegscheiben, um auch grobe oder größere Schraubengewinde aufzunehmen. USS-Unterlegscheiben werden häufig in der Automobilindustrie eingesetzt. Da drei Organisationen drei verschiedene Normen für einfache Unterlegscheiben definieren, ist deutlich, dass Unterlegscheiben komplexer sind, als es auf den ersten Blick scheinen mag.

Laut Coombes von ARP „verdienen Größe und Qualität der Unterlegscheibe selbst besondere Beachtung. Sie sollte ausreichend dick und groß sein, um die Last optimal zu verteilen.“ Coombes fügt hinzu: „Für kritische Anwendungen mit hohen Drehmomentbelastungen ist es außerdem sehr wichtig, dass die Unterlegscheibe parallel geschliffen und absolut plan ist. Andernfalls kann es zu ungleichmäßiger Vorspannung kommen.“

Diese Unterlegscheiben haben einen im Verhältnis zu ihrer zentralen Bohrung besonders großen Außendurchmesser. Sie sind so konstruiert, dass sie die Klemmkraft verteilen, wobei die Last aufgrund ihrer größeren Größe auf eine größere Fläche verteilt wird. Viele Jahre lang wurden diese Unterlegscheiben zur Befestigung von Kotflügeln an Fahrzeugen verwendet, daher der Name. Kotflügelscheiben können zwar einen größeren Außendurchmesser aufweisen, bestehen aber typischerweise aus dünnerem Material.

Federscheiben sind axial flexibel und verhindern ein Lösen durch Vibrationen. Foto von www.amazon.com.

Federscheiben, auch bekannt als Sicherungsscheiben, sind axial flexibel. Sie verhindern ein Lösen durch Vibrationen. Das Prinzip ist einfach: Die Federscheibe wirkt wie eine Feder und übt Druck auf das zu befestigende Objekt und den Schraubenkopf bzw. die Mutter aus.

ARP stellt diese Unterlegscheiben nicht her, da die meisten Befestigungselemente, die eine wichtige Rolle im Motor, Antriebsstrang, Fahrgestell und der Aufhängung spielen, mit einem bestimmten Drehmoment angezogen werden, um die korrekte Klemmkraft zu gewährleisten. Ein Lösen der Befestigungselemente ohne Werkzeug ist daher äußerst unwahrscheinlich.

Die meisten Ingenieure sind sich einig, dass sich eine Federscheibe – wenn sie mit einem höheren Drehmoment angezogen wird – bis zu einem gewissen Grad dehnt. Dadurch verliert die Federscheibe ihre Spannung und kann sogar die präzise Vorspannung der Verbindung beeinträchtigen.

Sternscheiben besitzen radial nach innen oder außen verlaufende Verzahnungen, die sich in die Oberfläche des Untergrunds eingraben und so ein Lösen der Befestigungselemente verhindern. Foto von www.amazon.com.

Sternscheiben erfüllen einen ähnlichen Zweck wie Federscheiben. Sie verhindern das Lösen von Befestigungselementen. Diese Scheiben besitzen radial (nach innen oder außen) verlaufende Verzahnungen, die sich in die Oberfläche des Bauteils eingraben. Konstruktionsbedingt sollen sie sich in den Schraubenkopf/die Mutter und das Substrat „eingraben“, um ein Lösen des Befestigungselements zu verhindern. Sternscheiben werden typischerweise bei kleineren Schrauben und Muttern, wie sie in elektrischen Bauteilen verwendet werden, eingesetzt.

Um eine Rotation und damit eine Beeinträchtigung der Vorspannungsgenauigkeit zu verhindern, hat ARP spezielle Unterlegscheiben mit gezahnter Unterseite entwickelt. Diese sollen das zu befestigende Bauteil fixieren und eine stabile Auflagefläche bieten.

Eine weitere Spezialscheibe von ARP ist die Einsatzscheibe. Sie dient dem Schutz von Bohrungsrändern und verhindert Fressen oder das Einsinken des Bohrungsrandes. Typische Anwendungsbereiche sind Zylinderköpfe, Fahrwerkskomponenten und andere stark beanspruchte Bereiche, die eine Scheibe erfordern.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Schmierung eine entscheidende Rolle für die korrekte Vorspannung spielt. Zusätzlich zum Schmieren des Gewindes einer Schraube oder Mutter empfiehlt es sich, eine kleine Menge Schmiermittel auf die Unterseite des Schraubenkopfes (bzw. der Mutter) oder die Oberseite der Unterlegscheibe aufzutragen. Schmieren Sie niemals die Unterseite der Unterlegscheibe (es sei denn, die Montageanleitung gibt etwas anderes an), da diese sich sonst verdrehen soll.

Die richtige Verwendung und Schmierung der Unterlegscheiben sollte von allen Rennteams beachtet werden.

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