Drei Normen für flache Scheiben, und nur eine davon sagt, wozu eine Scheibe dient

Diese Seite erklärt nicht die Mechanik der Spannungsverteilung, gibt keine Konstruktions- oder Auswahlempfehlung und nennt kein Produkt. Sie liest drei Anwendungsbereiche und je eine Maßtabelle. Die Frage stammt von einer öffentlichen Ingenieursplattform, abgerufen über deren offene Schnittstelle, weil die Browserwerkzeuge, die diese Website sonst nutzt, weiterhin nicht verfügbar sind. Wir haben die Frage gelesen, nicht die Antworten, und kein Benutzername erscheint hier.

Die normale Reihe gibt die Frage zurück

Beginnen wir mit der gewöhnlichen Scheibe, der aus der Schachtel. Ihre Norm beginnt damit, zu sagen, was sie ist: normale Reihe, Produktklasse A, in den Härteklassen 200 HV und 300 HV, in Nenngrößen von 1,6 mm bis 64 mm. Dann sagt sie, zu welchen Verbindungselementen jede Härteklasse passt. Die 200-HV-Scheibe für Schrauben bis einschließlich Festigkeitsklasse 8.8 und Muttern bis einschließlich 8. Die 300-HV-Scheibe für Festigkeitsklassen bis einschließlich 10.9 und Muttern bis 10.

Das ist eine Aussage über die Zuordnung einer Scheibe zu einem Verbindungselement, und es ist die einzige funktionale Aussage im Dokument. Dann folgt die letzte Zeile des Anwendungsbereichs.

Lesen Sie, welche zwei Bedingungen das sind. Ein weicher Werkstoff wird geklemmt. Eine übergroße Bohrung. Es sind genau die zwei Situationen, in denen überhaupt jemand zu einer Scheibe greift, und die Norm für die gewöhnliche Scheibe gibt beide direkt zurück, mit der Anweisung, selbst zu prüfen.

Und die große Reihe nimmt sie auf

Die nächste Norm ist dieselbe Scheibe mit größerem Außendurchmesser. Ihr Anwendungsbereich nennt dieselben Härteklassen und dieselbe Liste von Verbindungselementen und dann einen Satz, den die normale Reihe nicht hat: Diese Scheiben sind für den Einsatz in Fällen vorgesehen, in denen weiche Werkstoffteile geklemmt werden sollen oder große Durchgangsbohrungen im Werkstück vorhanden sind.

Dieselben zwei Bedingungen, in derselben Reihenfolge, von einer Warnung zu einem Zweck verschoben. Zwischen zwei Dokumenten, im selben Jahr vom selben Komitee veröffentlicht, werden die zwei Fälle, in denen man üblicherweise zu einer Scheibe greift, vom einen abgelehnt und vom anderen beansprucht.

Und dann die Einschränkung, bei der es sich lohnt, langsamer zu lesen. „Im letzteren Fall sollte jedoch die Eignung der Scheibendicke geprüft werden.“ (sinngemäß übersetzt) Der letztere Fall ist die übergroße Bohrung. Bei einer Bohrung, die zu groß ist, um die Scheibe unter dem Kopf abzustützen, nennt die Norm als Größe nicht den Außendurchmesser. Sie nennt die Dicke, denn eine nicht abgestützte Scheibe über einer großen Bohrung soll sich biegen statt zu verteilen.

Wie viel mehr Fläche man tatsächlich bekommt

Nehmen wir M8 durch alle drei Tabellen. Nennwerte, alle aus den veröffentlichten Maßtabellen abgelesen.

Die Auflagefläche ist der Kreisring zwischen diesen beiden Durchmessern, ihre Fläche also π/4 mal die Differenz der Quadrate. Diese Rechnung stammt von uns.

• Normal: 145,6 mm²
• Groß: 397,0 mm², also das 2,73-Fache der normalen
• Extra groß: 552,1 mm², also das 3,79-Fache

Daraus ergeben sich zwei Dinge. Die Dicke geht nur von 1,6 über 2 auf 3, also wächst die Fläche um das 3,8-Fache, während die Dicke um das 1,9-Fache wächst. Und die extra große Scheibe hat eine größere Bohrung, 9,00 gegenüber 8,40; sechs Zehntel Millimeter ihres zusätzlichen Außendurchmessers gehen also in ein weiteres Spiel statt in Auflagefläche.

Die größte Scheibe ist die weichste

Lesen Sie nun den dritten Anwendungsbereich und bemerken Sie, dass er überhaupt keine größere Fassung der ersten beiden ist.

Stellt man die drei Härteklassen nebeneinander — ein Vergleich von uns, nicht etwas, das die Dokumente nebeneinander angeben: Normale Reihe: 200 HV oder 300 HV. Große Reihe: 200 HV oder 300 HV. Extra große Reihe: 100 HV. Die Scheibe mit fast der vierfachen Auflagefläche ist diejenige, die mit der halben Härte der weichsten Option der anderen beiden hergestellt wird, in der niedrigeren Produktklasse, und sie nennt ihre Anwendung in den letzten drei Worten ihres eigenen Anwendungsbereichs.

Die Folge verdient eine klare Aussage, weil sie den üblichen Instinkt umkehrt. Wer mehr Auflagefläche unter einer Schraube der Festigkeitsklasse 10.9 will, bekommt von den Normen nicht die extra große Scheibe als Antwort. Sie ist für diese Schraube nicht vorgesehen. Die größte Scheibe, die die drei Dokumente für 10.9 anbieten, ist die große Reihe in 300 HV, bei M8 also der obige Wert des 2,73-Fachen.

Nichts davon sagt etwas darüber, ob eine dieser Scheiben einen bestimmten Werkstoff schützt, und diese Seite versucht es auch nicht. Welche Scheibe zu einer Verbindung passt, ist eine Frage der Grenzflächenpressung, und keine Grenze erscheint in einer der drei hier gelesenen Normen.

Was die drei Dokumente tatsächlich enthalten

Zusammen enthalten drei ISO-Normen für einen flachen Ring mit Loch: Härteklassen, Produktklassen, Nenngrößenbereiche, Listen, zu welchen Festigkeitsklassen von Verbindungselementen jede Härteklasse passt, Innen- und Außendurchmesser, Dicken, Oberflächenrauheit und eine Reihe von Toleranzen, die an eine andere Norm verwiesen werden.

Was sie nicht enthalten, ist eine Aussage zur Mechanik. Nichts über Pressung, nichts darüber, wie weit sich eine Last unter einem Kopf ausbreitet, nichts über den Kegel, den man gern zeichnet. Am nächsten kommt einer von ihnen mit einem Satz im mittleren Dokument, der sagt, für welche zwei Situationen seine Scheiben vorgesehen sind, und mit einem im ersten, der sagt, dass man genau in diesen beiden Situationen selbst prüfen soll.

Diese Website ist den Weg durch die Scheiben schon einmal gegangen, aus einer anderen Richtung: die Seite darüber, warum das Kupfer um eine Bohrung keine Scheibe ist, und die über die Fächerscheibe auf einer Nicht-verwenden-Liste für den elektrischen Potentialausgleich. Keine davon wird hier wiederholt.

Was man daraus mitnimmt

• Die normale Reihe nennt zwei Situationen und überlässt die Prüfung Ihnen: ein weicher Werkstoff wird geklemmt, und eine große Durchgangsbohrung
• Die große Reihe beansprucht dieselben zwei als ihren Zweck. Selbes Jahr, selbes Komitee, gegensätzliche Behandlung
• Für die übergroße Bohrung nennt die große Reihe die Dicke, nicht den Außendurchmesser
• Bei M8 betragen die Auflageflächen 145,6, 397,0 und 552,1 Quadratmillimeter, ein Verhältnis von 1, 2,73 und 3,79 — unsere Rechnung mit den veröffentlichten Durchmessern
• Die Fläche wächst schneller als die Dicke, um das 3,8-Fache gegenüber dem 1,9-Fachen
• Die extra große Scheibe hat eine größere Bohrung, ein Teil ihres zusätzlichen Durchmessers kauft also Spiel statt Auflagefläche
• Die extra große Scheibe hat 100 HV, Produktklasse C und ist nur bis Festigkeitsklasse 6.8 vorgesehen, im Holzbau
• Die größte verfügbare Scheibe unter einer 10.9-Schraube ist also die große Reihe in 300 HV, nicht die extra große
• In keiner der drei erscheint eine Grenzflächenpressung, keine sagt also, ob der Werkstoff darunter standhält

Die Frage lautete, warum eine Scheibe Spannung verteilt. Die drei Dokumente, die Scheiben definieren, beantworten sie nicht, und das ist der Befund, keine Beschwerde. Es sind Maßnormen mit angehängter Härteklasse, und der einzige funktionale Satz der Reihe ist eine Zeile über zwei Situationen, im mittleren der drei.

Sie sagen auch nicht, auf welche Seite sie gehört. Das eine Dokument, das das festlegen musste, ist eine Prüfnorm, und sie fixiert die Scheibe so, dass sie sich nicht drehen kann, statt ein Ende der Schraube zu nennen.

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Sagen die Normen für flache Scheiben, wozu eine Scheibe dient?

Nur eine der drei. Die Norm der großen Reihe sagt, ihre Scheiben seien für den Einsatz vorgesehen, wo weiche Werkstoffteile geklemmt werden sollen oder große Durchgangsbohrungen im Werkstück vorhanden sind. Die Norm der normalen Reihe nennt dieselben zwei Situationen, fordert den Anwender aber auf, die technische Eignung dieser Scheibenart zu prüfen, und die Norm der extra großen Reihe nennt eine Anwendung statt einer Funktion.

Wie viel mehr Auflagefläche bietet eine Scheibe der großen Reihe?

Bei M8 hat die normale Reihe 16,00 mm außen bei 8,40 mm Bohrung, die große Reihe 24,00 bei derselben Bohrung. Behandelt man die Auflagefläche als Kreisring dazwischen, ergibt unsere Rechnung 145,6 und 397,0 Quadratmillimeter; die große Reihe hat also das 2,73-Fache der normalen. Die extra große Reihe, 28,0 bei 9,00 Bohrung, ergibt 552,1 Quadratmillimeter, das 3,79-Fache.

Warum erwähnt die Norm der großen Reihe die Dicke?

Wegen des zweiten ihrer beiden Fälle. Sie sagt, dass bei großen Durchgangsbohrungen die Eignung der Scheibendicke geprüft werden sollte. Eine Scheibe, die eine zu große Bohrung überbrückt, um abgestützt zu sein, muss Biegung aufnehmen, und dafür ist die Dicke maßgebend, nicht der Außendurchmesser.

Ist die extra große Scheibe einfach eine größere Fassung der normalen?

Nein. Sie ist in Härteklasse 100 HV und Produktklasse C festgelegt, gegenüber 200 HV und 300 HV in Produktklasse A bei den anderen beiden. Sie eignet sich für Schrauben der Produktklasse C in Festigkeitsklassen bis einschließlich 6.8 und Muttern bis einschließlich 6, die im Holzbau verwendet werden.

Welche Scheibe gehört unter eine Schraube der Festigkeitsklasse 10.9?

Diese Seite gibt keine Auswahlempfehlung. Berichten kann sie, dass von den drei gelesenen Normen nur die normale und die große Reihe eine bis 10.9 geeignete Härteklasse aufführen, nämlich 300 HV. Die extra große Reihe ist nur bis 6.8 vorgesehen und gehört daher nicht zu den Optionen, die diese Dokumente für eine 10.9-Schraube anbieten.

Welche Härteklassen gibt es für flache Scheiben?

In diesen drei Normen 200 HV und 300 HV für die normale und die große Reihe in Produktklasse A sowie 100 HV für die extra große Reihe in Produktklasse C. Die Härte ist Vickershärte, geprüft nach einer eigenen Norm, die für diese Seite nicht gelesen wurde.

Sagen die Normen, wie viel Pressung der Werkstoff unter der Scheibe aufnehmen kann?

Nein. In keiner der drei erscheint eine Grenzflächenpressung. Sie geben Härteklassen, Maße, Dicken und Oberflächenrauheit an und verweisen für Toleranzen auf ein anderes Dokument. Ob der geklemmte Werkstoff standhält, ist keine Frage, die sie beantworten.

Verteilt eine dickere Scheibe die Last weiter?

Diese Seite behauptet das nicht, weil keine der drei Normen es tut. Was die Norm der großen Reihe sagt, ist enger: Bei großer Durchgangsbohrung die Dicke prüfen. Das ist eine Aussage darüber, welches Maß zu prüfen ist, nicht darüber, wie weit eine Last wandert.

Warum genau hilft eine Scheibe, Spannung zu verteilen?

Diese Seite beantwortet die Mechanik nicht und versucht es auch nicht. Sie berichtet, was die Produktnormen enthalten: Maße, Härteklassen, Listen passender Festigkeitsklassen von Verbindungselementen und einen Satz mit genanntem Zweck im mittleren der drei Dokumente.

Quellen

• ISO 7089:2000, Plain washers, Normal series, Product grade A. Kostenlose Vorschau mit 9 Seiten, mit Anwendungsbereich und Tabelle der Vorzugsmaße
• ISO 7093-1:2000, Plain washers, Large series, Part 1: Product grade A. Kostenlose Vorschau mit 9 Seiten, mit Anwendungsbereich und Tabelle der Vorzugsmaße
• ISO 7094:2000, Plain washers, Extra large series, Product grade C. Kostenlose Vorschau mit 8 Seiten, mit Anwendungsbereich und Tabelle der Vorzugsmaße
• Die Frage auf einer öffentlichen Ingenieursplattform (englisch). 24 Stimmen, 5 Antworten

Gelesen wurden drei kostenlose Vorschauen, eine je Reihe: normale, große und extra große Reihe, alle im Jahr 2000 veröffentlicht. Jede Vorschau enthält den vollständigen Anwendungsbereich und die Tabelle der Vorzugsmaße. Jeder zitierte Satz und jedes Maß wurde an einem gerenderten Bild der Seite geprüft, nicht am extrahierten Text. Folgendes sind unsere eigenen Rechnungen und Vergleiche, keine Aussagen eines der drei Dokumente: die Auflageflächen von 145,6, 397,0 und 552,1 Quadratmillimetern, ermittelt, indem die Auflagefläche als Kreisring zwischen Nennbohrung und Nennaußendurchmesser behandelt wurde; die Verhältnisse 2,73 und 3,79; die Beobachtung, dass die Fläche um das 3,8-Fache wächst, während die Dicke um das 1,9-Fache wächst; der Hinweis, dass die extra große Reihe eine größere Durchgangsbohrung hat als die anderen beiden; und das Nebeneinanderlesen der drei Härteklassen. Keine der hier gelesenen Normen stellt die drei Reihen nebeneinander oder zieht diesen Vergleich. Diese Seite erklärt nicht die Mechanik der Spannungsverteilung, gibt keine Konstruktions- oder Auswahlempfehlung und behauptet nicht, dass irgendeine Scheibe irgendeinen Werkstoff schützt, weil in keiner der drei eine Grenzflächenpressung erscheint. Die Übersichtsnorm für Scheiben, die Toleranznorm für Scheiben und das Prüfverfahren für die Vickershärte werden in diesen Dokumenten zitiert, keines davon wurde hier gelesen, und die Tabellen der Nicht-Vorzugsmaße werden nicht verwendet. Die Frage stammt von einer öffentlichen Ingenieursplattform statt aus den Forenwerkzeugen, die diese Website sonst nutzt und die weiterhin nicht verfügbar sind. Wir haben die Frage gelesen, nicht die Antworten, und kein Benutzername erscheint hier.