Was ist ein Federring und wie verwendet man ihn?

Bei Federringen handelt es sich um klassische Maschinenelemente, die als Schraubensicherung eingesetzt werden. Bis zum Jahr 2003 besaßen die auch als Sprengring bekannten Elemente die Normen DIN 127 A und B.

Die gängigen Produkte sollen dem unerwünschten Lockern von Schraubverbindungen entgegenwirken. Dabei wird der Ring - wie jede andere U-Scheibe auch - zwischen der Schraubenmutter und dem Bauteil platziert, das befestigt werden soll. Nachdem die Verbindung angezogen wurde und das sogenannte "kraftschlüssige Prinzip" einsetzt, verhindert der Ring das Lösen der Schraube.

Was ist ein Federring?

Federringe ähneln von oben betrachtet einer Unterlegscheibe mit einem mittig ausgerichteten Loch. Die im Bereich der Schraubensicherung eingesetzten Elemente verwenden Reibung, um zu verhindern, dass sich Schraubenverbindungen lösen. Dafür sind sie mit einem Ring ausgestattet, der bei ihrer Fertigung geteilt und gedreht wurde. So entstehen zwei scharfe Kanten.

Montiert werden die Unterlegscheiben zwischen dem Schraubenkopf beziehungsweise der Mutter und dem jeweiligen Bauteil. Wie bei einer ungesicherten Schraube auch zieht man die Schraubenverbindung anschließend fest. Dadurch kommt es zu einem Abflachen der Unterlegscheibe. Deren scharfe Kanten drücken sich daraufhin in den Untergrund und bewirken einen festen Sitz.

Aufbau und Wirkung

Bei der Herstellung von Sprengringen verwendet man Edelstähle oder andere elastische Stähle. Betrachtet man das Schraubenelement im Querschnitt, erkennt man, dass die entgrateten Enden des Rings auseinandergebogen sind. Sie bilden Widerhaken, die sich beim Zusammenschrauben zwischen dem Schraubenkopf und der Passfläche festhaken.

Optisch erinnert ein Sprengring an eine Unterlegscheibe, die an einer Stelle offen und aus der Achsrichtung aufgebogen wurde. Im Falle der Norm DIN 128 A ist der Ring außerdem in sich gewölbt.

Feder

Wird der Ring verformt, entsteht eine Art Feder, die über einen Schraubenumgang verfügt. Verschraubt man die Feder, gerät sie unter Spannung und es entsteht eine sogenannte axiale Federkraft. Das bedeutet: Der Sprengring presst das Mutter- gegen das Schraubengewinde und erhöht auf diese Weise die Reibung und damit die Friktion beziehungsweise den Reibungswiderstand.

Widerhaken

Die Öffnung im Ring ist leicht schräg ausgeführt und nicht entgratet. Das bedeutet, es wurden keine sogenannten Graten, also Kanten, Splitter und Auffaserungen, entfernt. Aus diesem Grund bohren sich die Enden des Rings in den Schraubenkopf und das Bauteil. Bei einem Rechtsgewinde verhindern die wie Widerhaken wirkenden Gratspitzen außerdem ein Lösen der Schraube.

Wie und wann wird er verwendet?

Durch Vibrationen, Wärmeausdehnung oder ein ungeeignetes Drehmoment können sich Schrauben mit der Zeit lösen. Eine Schraubensicherung ist dafür da, das ungewollte Lockern oder Lösen zu verhindern.

Genau dafür gibt es den sogenannten Feder- oder Sprengring. Er wird zwischen dem Schraubenkopf beziehungsweise der Mutter und einem der zu verbindenden Bauteile platziert.

Wie andere Unterlegscheiben auch setzt man Sprengringe zwischen Schraube und Werkstück ein. Richtig platziert, unterstützen die Produkte den Kraftschluss zwischen Schraube und Werkstück. Der Unterschied zu herkömmlichen U-Scheiben ist, dass Federringe nicht geschlossen und plan sind, sondern einen kleinen Einschnitt haben. An diesem ist der Ring in Schraubenform etwas aufgebogen. Indem man die Schraube anzieht, nimmt der Ring dann eine ebene Form an. Bei diesem Vorgang wirkt die sogenannte axiale Federkraft. Diese unterstützt die kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkstück und Schraube.

In weiche Materialien können sich die Kanten des Rings besser eingraben. Klar ist daher: Die Verriegelungsfähigkeit des Produkts funktioniert am besten bei weicheren Materialien. Bei Schraubenverbindungen mit höheren dynamischen Belastungen sind Sprengringe daher unwirksam. Sie erbringen die gewünschte Wirkung auch dann nicht, wenn die Schraubenverbindung geschmiert wurde. Der Grund ist, dass das Schmiermittel das Gleiten und Drehen der Schraube erleichtert.

Wie die Ringe sich unterscheiden:

• Material: In der Regel bestehen die U-Scheiben aus verzinktem oder blankem Stahl, Vierkantstahl sowie Federstahl. Für Anwendungen im Metallbau und im Außenbereichbieten sich rostfreie Edelstahl-Federringe an. Diese sind bei uns direkt mit den passenden Edelstahl-Schrauben erhältlich.
• Außen- und Innendurchmesser: Das Verhältnis von Außendurchmesser und Innendurchmesser des Rings nimmt Einfluss auf die wirkenden Kräfte. Während Ringe mit geringem Außendurchmesser sehr schmal sind und sich daher für Zylinderschrauben und Sechskantschrauben eignen, können DIN 127 Federringe beispielsweise in Verbindung mit Linsenkopf- und Flachkopfschrauben eingesetzt werden.
• Form: Man unterscheidet zwischen der aufgebogenen Form A und der glatten Form B. Während bei ersterer die Federkraft zur Wirkung kommt, sind es bei letzterer die Gratspitzen im Federeinschnitt, die sich mit der Schraube verkanten und sie so sichern.

Im Jahr 2003 kam es zu einer Revision der DIN-Norm für Feder- und Sprengringe. Grund dafür war die Erkenntnis, dass Federringe sich nur für die Sicherung niedrigfester Schraubenverbindungen eignet. Das liegt daran, dass der Kraftschluss zwischen Schraube und Werkstoff schnell größer ist als die Federkraft des Rings.