Im modernen Industriesystem ist die Zusammenarbeit zwischenSchrauben und Mutternist die Grundlage der mechanischen Verbindung undUnterlegscheibenAls Schlüsselkomponenten zwischen beiden bestimmen sie direkt die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Verbindung. Trotz ihrer geringen Größe können Unterlegscheiben durch wissenschaftliches Design, Materialoptimierung und Präzisionsfertigung komplexe Arbeitsbedingungen wie Vibrationen, hohe Temperaturen, Korrosion usw. effektiv bewältigen und sind zu einem unverzichtbaren technischen Element im Maschinenbau geworden.
Die Hauptfunktionen von Unterlegscheiben bestehen in drei Aspekten. Erstens reduzieren Unterlegscheiben den Kontaktflächendruck erheblich, indem sie die beim Voranziehen der Schrauben entstehende Axiallast verteilen. Gemäß der Standardforschung ASTM F436 können Unterlegscheiben die Spannungskonzentration der Kontaktfläche um 40 bis 60 % reduzieren und so ein Zerdrücken oder Verformen des Untergrunds verhindern. Zweitens nutzen Federscheiben die durch elastische Verformung erzeugte kontinuierliche Reaktionskraft, um den vibrationsbedingten Vorspannungsverlust auszugleichen. Experimentelle Daten zeigen, dass sich die Lösezeit von Schrauben mit Federscheiben bei einer Vibrationsfrequenz von 50 Hz und einer Amplitude von 0,5 mm auf mehr als das Dreifache des Basiswerts verlängern lässt. Darüber hinaus spielen nichtmetallische Dichtungen eine wichtige Rolle in den Bereichen Abdichtung und Isolierung. Beispielsweise sind Dichtungen aus Nitrilkautschuk in Hydrauliksystemen in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 120 °C stabil und halten einem Dichtungsdruck von 10 MPa stand.
Die Materialauswahl ist ein entscheidender Faktor für die Leistung von Unterlegscheiben. Unterlegscheiben aus Kohlenstoffstahl haben eine Zugfestigkeit von 500–800 MPa und sind kostengünstig. Sie machen 65 % des weltweiten Marktanteils aus und stellen eine universelle Lösung dar. Unterlegscheiben aus Edelstahl (304/316L) sind korrosionsbeständig und durch einen 1000-stündigen Salzsprühtest nachgewiesen. Sie eignen sich für chemische und maritime Umgebungen. Bei Bedarf an leitfähigen Materialien werden Unterlegscheiben aus Kupferlegierungen aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit häufig verwendet. Unter den nichtmetallischen Werkstoffen hat sich Polytetrafluorethylen mit einem Reibungskoeffizienten von 0,05 und hoher Korrosionsbeständigkeit als Standardwerkstoff in der chemischen Industrie etabliert. Technische Kunststoffe aus PEEK hingegen bleiben bei hohen Temperaturen von 260 °C stabil und weisen eine fünfmal höhere Kriechfestigkeit als Nylon auf. Dadurch werden sie den hohen Belastungsanforderungen von Flugzeugtriebwerken gerecht.
Die Anwendungsszenarien von Unterlegscheiben decken viele Bereiche ab, von Geräten mit mikrometergenauer Präzision bis hin zu großen Industrieanlagen. In der Automobilindustrie werden für jeden Personenkraftwagen durchschnittlich 200 bis 300 Unterlegscheiben verwendet. Die in den Pleuelschrauben von Motoren verwendeten Unterlegscheiben aus gehärtetem Stahl müssen gemäß SAE J429-Standard mehr als 100 Millionen zyklische Belastungstests bestehen. In der Windkraft gewährleisten hochfeste Unterlegscheiben mit einem Durchmesser von über 50 cm und einer Zugfestigkeit von 1000 MPa die strukturelle Stabilität von Windkrafttürmen bei Winddruck der Stufe 12. In der Luft- und Raumfahrt werden Unterlegscheiben aus Titanlegierungen (Ti-6Al-4V) eingesetzt, um ein Gleichgewicht zwischen Gewichtsreduzierung und Leistung zu erreichen – im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumlegierungen ist ihr Gewicht um 30 % reduziert, während die Ermüdungsbeständigkeit um das Zweifache erhöht ist. Daher sind sie die bevorzugte Lösung für Verbindungssysteme der Außenhaut von Flugzeugen.
Durchbrüche in der Oberflächenbehandlungstechnologie haben die Korrosionsbeständigkeit von Dichtungen deutlich verbessert. Beispielsweise erreichen Dacromet-Beschichtungen durch eine Zink-Aluminium-Verbundstruktur eine Schutzdauer von über 1.200 Stunden in Salzsprühnebelumgebungen und übertreffen damit die 300-Stunden-Grenze herkömmlicher Verzinkungsverfahren bei weitem.
Als grundlegender Bestandteil mechanischer Verbindungssysteme hat die technologische Entwicklung von Dichtungen stets mit den Anforderungen der industriellen Entwicklung Schritt gehalten. Von der Verbesserung der Zuverlässigkeit herkömmlicher Geräte bis hin zur Unterstützung innovativer Durchbrüche in zukunftsweisenden Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt und der erneuerbaren Energien – die Entwicklung und Herstellung von Dichtungen beweist weiterhin den Wert der Präzisionstechnik. Mit dem Fortschritt der Materialwissenschaft und der intelligenten Sensortechnologie wird diese scheinbar einfache Komponente auch weiterhin eine unersetzliche Rolle im industriellen System spielen.
Veröffentlichungszeit: 18. März 2025