Federscheiben
Federscheiben für axialen Toleranzausgleich und kompakte Vorspannungen
Federscheiben sind platzsparende Federelemente, die in axialer Richtung belastet werden. Sie erzeugen eine definierte Vorspannkraft, gleichen Maßabweichungen aus und können Schwingungen, Geräusche, Verschleiß oder temperaturbedingte Längenänderungen kompensieren.
Im Vergleich zu vielen Schraubendruckfedern benötigen Federscheiben nur eine geringe axiale Bauhöhe. Sie eignen sich deshalb besonders für Lagerungen, Getriebe, Elektromotoren und andere Baugruppen mit begrenztem Einbauraum.
Das Febrotec-Sortiment umfasst:
Die verschiedenen Ausführungen unterscheiden sich vor allem hinsichtlich Federweg, Federkraft, Einbaugeometrie, Krafttoleranz und Herstellungsverfahren.
Welche Federscheibe ist die richtige?
| Ausführung | Eigenschaften und typische Verwendung |
|---|---|
| Federscheiben gewellt | Gestanzte, geschlossene Federscheiben mit mehreren Wellen. Sie eignen sich für kurze bis mittlere Federwege sowie zum axialen Toleranzausgleich und zur Vorspannung von Kugellagern. |
| Federscheiben gewickelt | Aus flachem Federband gewickelte Ausführungen mit Spalt oder überlappenden Enden. Sie ermöglichen präzise Federkräfte und können je nach Ausführung klemmend und selbstzentrierend in einer Bohrung eingesetzt werden. |
| Federscheiben gewölbt | Einfach gewölbte Ringscheiben für mittlere Kräfte und kurze Federwege. Sie können bis annähernd zur Planlage zusammengedrückt werden und benötigen nur wenig axialen Bauraum. |
| Federscheiben multigewellt | Mehrlagige Wellfedern mit mehreren Windungen. Sie bieten einen größeren Federweg als einlagige Federscheiben und können Schraubendruckfedern ersetzen, wenn die verfügbare Bauhöhe begrenzt ist. |
| Drahtfederscheiben gewellt | Aus rundem Federdraht hergestellte, gewellte Ringe. Sie eignen sich für den Toleranzausgleich und zur Aufnahme axialer Bewegungen in engen radialen und axialen Einbauräumen. |
| Fingerfederscheiben | Ringscheiben mit einzelnen federnden Fingern. Sie werden insbesondere zur axialen Lagervorspannung sowie zur Dämpfung von Schwingungen und Laufgeräuschen eingesetzt. |
Gewellte Federscheiben
Gewellte Federscheiben werden aus flachem Federband gestanzt und anschließend mit mehreren Wellen versehen. Durch die Wellen entsteht beim axialen Zusammendrücken eine Federwirkung.
Ausführungen mit drei Wellen bilden mehrere gleichmäßig verteilte Auflagebereiche. Dadurch wird die Kraft über den Umfang eingeleitet. Dies ist insbesondere bei der axialen Vorspannung von Kugellagern von Vorteil.
Gewellte Federscheiben werden unter anderem eingesetzt, um:
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axiale Maßtoleranzen auszugleichen,
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Kugellager vorzuspannen,
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Laufgeräusche und Schwingungen zu reduzieren,
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Verschleiß und Setzerscheinungen zu kompensieren,
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eine definierte axiale Haltekraft aufzubauen.
Die Federkraft wird in der Regel bei einer festgelegten Prüfhöhe angegeben. Diese Prüfhöhe ist nicht mit der vollständig zusammengedrückten Höhe gleichzusetzen.
Gewickelte Federscheiben
Gewickelte Federscheiben werden aus flachem Federband ringförmig gewickelt. Je nach Ausführung besitzen sie einen offenen Spalt oder überlappende Enden.
Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen eine genauer definierte Federrate oder Federkraft erforderlich ist. Im Vergleich zu gestanzten Ausführungen können die Kraftwerte häufig enger toleriert werden.
Gewickelte Federscheiben können außerdem so ausgeführt sein, dass sie klemmend in einer Bohrung sitzen. Dadurch werden sie innerhalb der Baugruppe selbst zentriert und gegen ein unbeabsichtigtes Herausfallen gesichert.
Typische Anwendungen sind:
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Kugellagervorspannungen,
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Getriebe und Elektromotoren,
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Toleranzausgleich in Gehäusen,
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axiale Positionierung von Bauteilen,
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Baugruppen mit präzise definierter Vorspannkraft.
Gewölbte Federscheiben
Gewölbte Federscheiben besitzen eine einfache, gleichmäßige Wölbung. Beim axialen Belasten wird die Scheibe zunehmend flach gedrückt.
Sie eignen sich für mittlere Federkräfte, kurze Federwege und sehr geringe Einbauhöhen. Gewölbte Federscheiben werden beispielsweise unter Schraubenköpfen, Muttern, Lagern oder anderen axial belasteten Bauteilen eingesetzt.
Obwohl eine Kompression bis zur Planlage grundsätzlich möglich sein kann, sollte der reguläre Arbeitsweg möglichst unterhalb der vollständigen Abflachung liegen. Dadurch lassen sich hohe Spannungen und bleibende Verformungen reduzieren.
Gewölbte Federscheiben dürfen nicht automatisch mit einem geprüften Schraubensicherungselement gleichgesetzt werden. Ihre Hauptfunktion besteht in der Erzeugung einer axialen Federkraft und im Ausgleich von Maßänderungen.
Multigewellte Federscheiben
Multigewellte Federscheiben bestehen aus mehreren aufeinanderfolgenden Windungen mit einer wellenförmigen Geometrie. Sie kombinieren die geringe radiale Breite einer Federscheibe mit einem größeren axialen Federweg.
Dadurch können sie in bestimmten Anwendungen eine zylindrische Schraubendruckfeder ersetzen. Gegenüber einer einlagigen Federscheibe ermöglichen sie einen längeren Arbeitshub bei weiterhin kompakter Bauhöhe.
Multigewellte Federscheiben eignen sich unter anderem für:
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Gleitringdichtungen,
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Ventile und Armaturen,
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Pumpen,
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Lagerungen,
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Steckverbinder,
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kompakte Rückstellmechanismen,
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Baugruppen mit begrenztem axialem Bauraum.
Für die Auswahl sind neben dem Hülsen- und Dorndurchmesser insbesondere die freie Höhe, die Prüfhöhe, die Federkraft und die Anzahl der Windungen zu berücksichtigen.
Gewellte Drahtfederscheiben
Gewellte Drahtfederscheiben werden aus rundem Federdraht hergestellt. Ihre Wellen erzeugen beim axialen Zusammendrücken eine Federkraft.
Sie passen in enge Einbauräume und können verwendet werden, um Fertigungstoleranzen, Verschleiß oder temperaturbedingte Ausdehnungen auszugleichen. Bei geeigneter Vorspannung können sie außerdem Schwingungen aufnehmen und Bauteile axial in Position halten.
Die Kraft-Weg-Kennlinie verläuft über einen großen Teil des Federwegs annähernd linear. In der Nähe der vollständig zusammengedrückten Lage kann die erforderliche Kraft durch zunehmenden Kontakt und Reibung stärker ansteigen.
Fingerfederscheiben
Fingerfederscheiben besitzen mehrere radial angeordnete Federfinger. Diese Finger können sich weitgehend unabhängig voneinander verformen und dadurch lokale Maßabweichungen oder ungleichmäßige Belastungen ausgleichen.
Sie werden insbesondere zur axialen Vorspannung von Kugellagern eingesetzt. Die elastischen Finger können Schwingungen und Laufgeräusche reduzieren und dazu beitragen, eine gleichmäßige Lagerbelastung aufrechtzuerhalten.
Fingerfederscheiben eignen sich beispielsweise für:
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Elektromotoren,
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Getriebe,
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Lüfter und Gebläse,
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Haushaltsgeräte,
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feinmechanische Baugruppen,
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Lagerungen mit axialen Maßabweichungen.
Bei der Auswahl müssen neben Außen- und Innendurchmesser auch die vorgesehene Lageraufnahme, die freie Höhe, die Prüfhöhe sowie die minimale und maximale Kraft am Prüfpunkt berücksichtigt werden.
Die passende Federscheibe auswählen
Gehen Sie bei der Auswahl möglichst in dieser Reihenfolge vor:
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Einbauraum bestimmen: Legen Sie den verfügbaren Außen- beziehungsweise Hülsendurchmesser, den Innen- beziehungsweise Dorndurchmesser und die axiale Bauhöhe fest.
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Erforderliche Federkraft definieren: Bestimmen Sie die Kraft, die am vorgesehenen Arbeitspunkt benötigt wird.
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Federweg ermitteln: Berechnen Sie die Differenz zwischen der freien Höhe und der Höhe im eingebauten Zustand.
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Betriebsbedingungen berücksichtigen: Unterscheiden Sie zwischen statischer, gelegentlich bewegter und dynamischer Belastung.
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Bauteiltoleranzen prüfen: Berücksichtigen Sie Fertigungsabweichungen, Verschleiß, Setzerscheinungen und Temperaturänderungen.
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Passende Bauform wählen: Wählen Sie anhand von Federweg, Kraft, Einbaugeometrie und erforderlicher Präzision zwischen gewellter, gewickelter, gewölbter oder mehrlagiger Ausführung.
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Werkstoff auswählen: Beachten Sie Korrosion, Temperatur, Feuchtigkeit und den Kontakt mit anderen Medien.
Die angegebene Prüfkraft gilt jeweils bei der zugehörigen Prüfhöhe. Für die Auswahl sollten deshalb immer beide Werte gemeinsam betrachtet werden.
Werkstoffe für Federscheiben
Je nach Bauform und Abmessung sind die Federscheiben aus unterschiedlichen Federwerkstoffen erhältlich.
Federstahl
Federstähle wie 1.1200, 1.1231, 1.1248 oder 1.1274 bieten eine hohe Festigkeit und eignen sich für viele industrielle Standardanwendungen. Ohne eine geeignete Beschichtung oder Konservierung sind diese Werkstoffe jedoch nicht dauerhaft korrosionsbeständig.
Rostfreie Federstähle
Rostfreie Federstähle wie 1.4310 oder 1.4568 eignen sich für feuchte Umgebungen und Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an den Korrosionsschutz.
Der Werkstoff 1.4310 kann durch die Kaltverformung während der Herstellung leicht magnetisch werden. Für dauerhaften Kontakt mit Meerwasser oder stark chloridhaltigen Medien muss die Werkstoffeignung gesondert geprüft werden.
Typische Anwendungen von Federscheiben
Federscheiben werden unter anderem eingesetzt in:
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Kugel- und Wälzlagerungen,
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Elektromotoren und Generatoren,
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Getrieben,
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Pumpen und Verdichtern,
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Ventilen und Armaturen,
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Maschinen und Vorrichtungen,
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Fahrzeugkomponenten,
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elektrischen Steckverbindungen,
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Mess- und Regeltechnik,
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feinmechanischen Geräten.
Sie können innerhalb einer Baugruppe eine definierte Vorspannung aufrechterhalten und dabei Fertigungstoleranzen, Verschleiß oder thermische Längenänderungen ausgleichen.
Federscheiben als Sonderanfertigung
Neben den verfügbaren Standardausführungen können Federscheiben nach individuellen Anforderungen gefertigt werden.
Anpassbar sind unter anderem:
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Außen-, Innen-, Hülsen- und Dorndurchmesser,
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Material- oder Drahtstärke,
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freie Höhe und Arbeitshöhe,
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Federweg,
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Federrate und Federkraft,
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Anzahl der Wellen oder Windungen,
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Werkstoff und Oberfläche.
Für eine technische Anfrage benötigen wir möglichst Angaben zum verfügbaren Einbauraum, zur gewünschten Federkraft, zum vorgesehenen Federweg, zur Belastungsart und zu den Umgebungsbedingungen.
Häufige Fragen zu Federscheiben
Was ist der Unterschied zwischen einer Federscheibe und einer Tellerfeder?
Federscheiben sind je nach Ausführung gewellt, gewölbt oder mit einzelnen Federfingern versehen. Sie werden häufig für geringere bis mittlere Kräfte und zum axialen Toleranzausgleich eingesetzt. Tellerfedern können dagegen sehr hohe Kräfte bei kurzen Federwegen aufnehmen.
Welche Federscheibe eignet sich zur Lagervorspannung?
Für die Vorspannung von Kugellagern kommen insbesondere gewellte, gewickelte und Fingerfederscheiben infrage. Die Auswahl hängt von der benötigten Kraft, dem Federweg, dem Einbauraum und den zulässigen Krafttoleranzen ab.
Was bedeuten Prüfhöhe und Prüfkraft?
Die Prüfhöhe ist die definierte Höhe, auf die eine Federscheibe zusammengedrückt wird. Die Prüfkraft bezeichnet die dabei erzeugte axiale Federkraft. Beide Werte müssen bei der Auswahl gemeinsam betrachtet werden.
Können Federscheiben bis zur Planlage zusammengedrückt werden?
Das hängt von der Bauform ab. Gewölbte Federscheiben können grundsätzlich bis in die Nähe der Planlage belastet werden. Bei gewellten, gewickelten oder multigewellten Ausführungen müssen dagegen die angegebenen Prüf- und Belastungsgrenzen beachtet werden.
Sichern Federscheiben eine Schraubverbindung gegen selbstständiges Lösen?
Die hier angebotenen Federscheiben dienen in erster Linie als axiale Federelemente und zum Toleranzausgleich. Ob sie eine Schraubverbindung zuverlässig gegen selbstständiges Lösen sichern, muss für die konkrete Konstruktion gesondert bewertet werden.
Weitere Informationen zur Auswahl, Auslegung und Anwendung finden Sie in unserem FAQ zu Federscheiben