DIN Tellerfedern nach EN 16983 (DIN 2093) & Belleville Tellerfedern

Tellerfedern nach DIN EN 16983 und Belleville-Tellerfedern

Tellerfedern sind kegelförmige Ringscheiben, die in axialer Richtung belastet werden. Sie können hohe Federkräfte bei geringer Bauhöhe und vergleichsweise kurzen Federwegen erzeugen. Durch die Kombination mehrerer Tellerfedern lassen sich Kraft, Federweg und Kennlinie an unterschiedliche Anwendungen anpassen.

Das Febrotec-Sortiment umfasst metrische Tellerfedern nach beziehungsweise ähnlich DIN EN 16983, der Nachfolgenorm der DIN 2093, sowie Belleville-Tellerfedern in Zollabmessungen. Die Belleville-Ausführungen ergänzen das metrische Sortiment insbesondere um Zwischen- und Zollgrößen.

Über die Produkttabelle können Sie Tellerfedern nach Außen- und Innendurchmesser, Materialdicke, freier Höhe, Prüfhöhe, Federkraft, Norm, Gruppe und Werkstoff auswählen.

Bedeutung der Angaben in der Produkttabelle

Die Prüfhöhe L1 und die Federkraft F1 müssen immer gemeinsam betrachtet werden. Der Wert F1 gilt ausschließlich bei der angegebenen Höhe L1.

Federweg und Federkraft

Der Federweg bis zum angegebenen Prüfpunkt ergibt sich aus:

s1 = L0 − L1

Dabei gilt:

• s1 = Federweg bis zur Prüfhöhe,

• L0 = freie Höhe,

• L1 = Prüfhöhe.

Die Federkraft einer Tellerfeder steigt beim Zusammendrücken nicht immer linear an. Der Verlauf hängt unter anderem vom Verhältnis zwischen freier Kegelhöhe und Materialdicke ab.

Für die Produktauswahl sollte deshalb vorrangig die angegebene Kraft F1 bei der zugehörigen Höhe L1 verwendet werden. Eine einfache Berechnung über eine konstante Federrate ist bei Tellerfedern über den gesamten Federweg nicht ausreichend genau.

DIN- und Belleville-Tellerfedern

Tellerfedern nach DIN EN 16983

DIN EN 16983 legt Qualitätsanforderungen und Abmessungen für Tellerfedern fest. Sie ersetzt die frühere DIN 2093, deren technischer Inhalt in die europäische Norm übernommen wurde.

Die genormten Abmessungsreihen erleichtern die Auswahl und den Austausch innerhalb einer definierten Baugröße. Je nach Ausführung werden die Tellerfedern unterschiedlichen Reihen und Gruppen zugeordnet.

Belleville-Tellerfedern

Belleville-Tellerfedern basieren auf Zollabmessungen. Sie können andere Durchmesser, Materialdicken und Proportionen als die vergleichbaren metrischen Ausführungen besitzen.

Sie eignen sich insbesondere für:

• Konstruktionen mit vorhandenen Zollmaßen,

• den Ersatz amerikanischer oder britischer Tellerfedern,

• Zwischenabmessungen außerhalb des metrischen Normprogramms,

• Anwendungen, für die keine passende DIN-EN-Abmessung verfügbar ist.

Belleville- und metrische Tellerfedern dürfen nicht allein anhand eines annähernd gleichen Durchmessers ausgetauscht werden. Zusätzlich müssen Materialdicke, freie Höhe, Prüfhöhe und Federkraft verglichen werden.

Reihen und Gruppen nach DIN EN 16983

Für viele genormte Durchmesserkombinationen stehen drei Reihen zur Verfügung:

• Reihe A: hohe Federkraft bei vergleichsweise geringem Federweg,

• Reihe B: mittlere Federkraft und mittlerer Federweg,

• Reihe C: niedrigere Federkraft bei größerem Federweg.

Die Gruppen beziehen sich im Wesentlichen auf die Materialdicke und die Herstellungs- beziehungsweise Bearbeitungsart:

• Gruppe 1: dünne Tellerfedern bis unter 1,25 mm,

• Gruppe 2: Tellerfedern von 1,25 bis einschließlich 6 mm,

• Gruppe 3: Tellerfedern über 6 bis 14 mm.

Die zulässigen Kraft- und Maßtoleranzen unterscheiden sich abhängig von Gruppe und Abmessung. Maßgeblich sind die Angaben des jeweiligen Artikels beziehungsweise der zugrunde liegenden Norm.

Die passende Tellerfeder auswählen

Gehen Sie bei der Auswahl möglichst in dieser Reihenfolge vor:

1. Einbauraum bestimmen: Legen Sie den maximalen Außendurchmesser Da, den erforderlichen Innendurchmesser Di und die verfügbare axiale Bauhöhe fest.

2. Federkraft festlegen: Bestimmen Sie die benötigte Kraft am vorgesehenen Arbeitspunkt.

3. Federweg berechnen: Ermitteln Sie die Differenz zwischen freier Höhe und Arbeitshöhe.

4. Prüfpunkt vergleichen: Wählen Sie eine Tellerfeder, deren F1- und L1-Werte möglichst nahe am vorgesehenen Arbeitspunkt liegen.

5. Belastungsart berücksichtigen: Unterscheiden Sie zwischen statischer, gelegentlich bewegter und dynamischer Belastung.

6. Einzelfeder oder Säule wählen: Prüfen Sie, ob eine einzelne Tellerfeder ausreicht oder mehrere Federn kombiniert werden müssen.

7. Werkstoff auswählen: Berücksichtigen Sie Korrosion, Temperatur, Medienkontakt und die geforderte Lebensdauer.

8. Führung und Schmierung festlegen: Tellerfedersäulen müssen ausreichend geführt und bei gleitenden Kontaktflächen gegebenenfalls geschmiert werden.

Für dynamische Anwendungen sollte eine Tellerfeder nicht regelmäßig bis zur vollständig flachen Lage belastet werden. Der zulässige Arbeitsbereich ist anhand der jeweiligen Ausführung zu prüfen.

Tellerfedern schichten

Mehrere Tellerfedern können seriell, parallel oder kombiniert angeordnet werden.

Parallele Schichtung

Bei der parallelen beziehungsweise gleichsinnigen Schichtung zeigen die Tellerfedern in dieselbe Richtung.

Die Kräfte addieren sich näherungsweise, während der Federweg dem einer einzelnen Tellerfeder entspricht:

• zwei parallele Federn: ungefähr doppelte Kraft,

• drei parallele Federn: ungefähr dreifache Kraft.

Zwischen den aufeinanderliegenden Flächen entsteht Reibung. Die tatsächlichen Ein- und Ausfederkräfte können deshalb von der rechnerischen Summe abweichen.

Serielle Schichtung

Bei der seriellen beziehungsweise wechselsinnigen Schichtung werden die Tellerfedern abwechselnd gegeneinander angeordnet.

Die Federwege addieren sich, während die Kraft näherungsweise der Kraft einer einzelnen Tellerfeder entspricht:

• zwei Federn in Reihe: ungefähr doppelter Federweg,

• drei Federn in Reihe: ungefähr dreifacher Federweg.

Kombinierte Schichtung

Parallele und serielle Pakete können kombiniert werden. Dadurch lassen sich sowohl die Federkraft als auch der Gesamtfederweg erhöhen.

Mit zunehmender Anzahl an Tellerfedern steigen jedoch Reibung, Toleranzeinflüsse und die Anforderungen an Führung und Schmierung. Die Säule sollte deshalb mit möglichst wenigen Federn aufgebaut werden.

Führung, Schmierung und Einbau

Tellerfedern und Tellerfedersäulen benötigen ebene und ausreichend harte Auflageflächen. Je nach Konstruktion kann die Führung am Innen- oder Außendurchmesser erfolgen.

Für eine zuverlässige Funktion empfehlen wir:

• ausreichend Spiel zwischen Feder und Führung,

• ebene und parallele Auflageflächen,

• eine gleichmäßige axiale Belastung,

• das Vermeiden von Querkräften und Verkanten,

• eine geeignete Schmierung bei geschichteten Tellerfedern,

• eine Begrenzung des Federwegs durch konstruktive Anschläge,

• die Prüfung der Säule unter realen Einbaubedingungen.

Eine geeignete Schmierung reduziert Reibung, Verschleiß und Wärmeentwicklung zwischen parallel geschichteten Federn. Abhängig von Anwendung und Umgebung können Öl, Fett oder geeignete Festschmierstoffe verwendet werden.

Werkstoffe und Korrosionsschutz

Die Standardausführungen sind je nach Abmessung unter anderem aus den Federstählen 1.1231, 1.1248 und 1.8159 sowie aus den rostfreien Federstählen 1.4310 und 1.4568 erhältlich.

Tellerfedern aus Kohlenstoff- oder legiertem Federstahl werden häufig phosphatiert und geölt geliefert. Diese Behandlung bietet einen begrenzten Schutz bei Lagerung und Einsatz in trockenen oder mäßig belasteten Umgebungen.

Rostfreie Federstähle sind für Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit vorgesehen. Die tatsächliche Eignung für Chloride, Meerwasser, Säuren oder hohe Temperaturen muss anhand der konkreten Einsatzbedingungen geprüft werden.

Häufige Fragen zu Tellerfedern

Was ist der Unterschied zwischen DIN- und Belleville-Tellerfedern?

DIN-EN-Tellerfedern besitzen metrische, normierte Abmessungen. Belleville-Tellerfedern basieren auf Zollmaßen und ergänzen das Sortiment um weitere Größen und Proportionen.

Was bedeuten L0, L1 und F1?

L0 ist die freie Höhe. L1 ist die definierte zusammengedrückte Prüfhöhe. F1 ist die bei dieser Höhe erzeugte Federkraft.

Wie wird die Federkraft einer Tellerfedersäule erhöht?

Durch eine parallele Schichtung. Die Kräfte der einzelnen Tellerfedern addieren sich näherungsweise.

Wie wird der Gesamtfederweg erhöht?

Durch eine serielle Schichtung. Die Federwege der einzelnen Federn addieren sich näherungsweise.

Können unterschiedliche Tellerfedern kombiniert werden?

Eine Kombination unterschiedlicher Abmessungen oder Werkstoffe sollte nur nach technischer Auslegung erfolgen. Innerhalb eines Pakets sollten in der Regel identische Tellerfedern verwendet werden.

Weitere Informationen zu Normen, Schichtungen und Auslegung finden Sie in unserem FAQ zu Tellerfedern.