Federscheiben gewellt

Gewellte Federscheiben für Vorspannung und Toleranzausgleich

Gewellte Federscheiben sind axial belastete Federelemente mit einer wellenförmigen Geometrie. Beim Zusammendrücken werden die Wellen elastisch abgeflacht und erzeugen eine definierte Federkraft.

Im Vergleich zu vielen Schraubendruckfedern benötigen gewellte Federscheiben nur wenig axialen Einbauraum. Sie eignen sich besonders zum Ausgleich von Maßabweichungen, zur axialen Vorspannung von Bauteilen und zur Reduzierung von Spiel, Schwingungen und Laufgeräuschen.

Die hier angebotenen Federscheiben werden aus Federband gestanzt und als geschlossener Ring ausgeführt. Sie sind unter anderem für Kugellager, Elektromotoren, Getriebe und kompakte mechanische Baugruppen geeignet.

Ausführungen mit drei Wellen bilden drei über den Umfang verteilte Auflagebereiche. Dadurch kann die axiale Kraft gleichmäßig in das angrenzende Bauteil oder einen Lagerring eingeleitet werden. Gewellte Federscheiben werden allgemein für moderate axiale Kräfte und geringe Federwege bei begrenztem Einbauraum verwendet.

Bedeutung der Angaben in der Produkttabelle

Die folgenden Kennwerte helfen Ihnen bei der Auswahl einer passenden gewellten Federscheibe:

Die Prüfhöhe L1 und die Prüfkraft F1 müssen immer gemeinsam betrachtet werden. Eine Kraftangabe ohne die zugehörige Einbauhöhe ist für die Auslegung nicht ausreichend.

Federweg und Federkraft berechnen

Der Federweg ergibt sich aus der Differenz zwischen der freien Höhe L0 und der zusammengedrückten Höhe L:

s = L0 − L

Dabei gilt:

• s = Federweg in mm,

• L0 = freie Höhe in mm,

• L = aktuelle Einbauhöhe in mm.

Im annähernd linearen Arbeitsbereich kann die Federkraft überschlägig berechnet werden:

F ≈ c × s

Für die in der Tabelle angegebene Prüfhöhe L1 gilt somit näherungsweise:

F1 ≈ c × (L0 − L1)

Die Berechnung dient der überschlägigen Auswahl. Die angegebene Prüfkraft F1 ist für den jeweiligen Artikel maßgeblich, da Reibung, Geometrie, Setzverhalten und Fertigungstoleranzen zu Abweichungen führen können.

Die passende gewellte Federscheibe auswählen

Gehen Sie bei der Auswahl möglichst in dieser Reihenfolge vor:

1. Radialen Einbauraum bestimmen: Legen Sie den maximal zulässigen Außendurchmesser Da und den erforderlichen Innendurchmesser Di fest.

2. Verfügbare Einbauhöhe ermitteln: Bestimmen Sie die axiale Höhe der Federscheibe im eingebauten Zustand.

3. Federweg berechnen: Ziehen Sie die vorgesehene Einbauhöhe von der freien Höhe L0 ab.

4. Erforderliche Federkraft festlegen: Wählen Sie eine Federscheibe, deren Kraft F1 bei einer passenden Prüfhöhe L1 der benötigten Vorspannkraft entspricht.

5. Krafttoleranz berücksichtigen: Prüfen Sie neben dem Nennwert auch die angegebene Plus- und Minustoleranz.

6. Belastungsart bewerten: Unterscheiden Sie zwischen einer statischen Vorspannung, gelegentlicher Bewegung und einer häufig wechselnden dynamischen Belastung.

7. Werkstoff auswählen: Berücksichtigen Sie Korrosion, Feuchtigkeit, Temperatur und den Kontakt mit umgebenden Medien.

Die Federscheibe sollte nicht allein nach ihrem Außen- und Innendurchmesser ausgewählt werden. Entscheidend sind auch die vorgesehene Arbeitshöhe und die dabei benötigte Federkraft.

Präzisionsausführungen und Kraftverlauf

Bei den Präzisionsfederscheiben der Baureihe 0W61 kann der Kraft-Weg-Verlauf über einen großen Teil des Federweges näherungsweise als linear betrachtet werden. Zu Beginn und gegen Ende des Federweges kann die Kennlinie aufgrund von Kontakt und Reibung steiler verlaufen.

Bei dieser Baureihe wird die Kraft F1 ungefähr bei 50 Prozent der unbelasteten Höhe L0 angegeben. Für die Auslegung sollte jedoch immer der konkrete Tabellenwert des jeweiligen Artikels verwendet werden.

Andere Ausführungen besitzen teilweise eine größere freie Höhe und sind insbesondere für vorgespannte Anwendungen mit mittleren Einfederungen vorgesehen. Beim ersten Einbau kann eine anfängliche Setzung auftreten.

Ausführungen mit mehr als drei Wellen sollten nicht auf eine Höhe unterhalb der angegebenen Prüfhöhe L1 zusammengedrückt werden, sofern keine gesonderte technische Prüfung erfolgt.

Einsatz zur Lagervorspannung

Gewellte Federscheiben werden häufig zur axialen Vorspannung von Kugellagern eingesetzt. Die Federscheibe wird zwischen dem Lagerring und einer Gehäuse- oder Deckelfläche angeordnet und erzeugt eine dauerhaft wirkende Axialkraft.

Eine geeignete Vorspannung kann:

• axiales Lagerspiel reduzieren,

• Maßabweichungen im Gehäuse ausgleichen,

• temperaturbedingte Längenänderungen aufnehmen,

• Schwingungen und Laufgeräusche verringern,

• den Kontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen stabilisieren.

Die Vorspannkraft muss zum verwendeten Lager und zur Anwendung passen. Eine zu geringe Kraft kann das gewünschte Spiel nicht ausreichend ausgleichen. Eine zu hohe Vorspannung kann dagegen Reibung, Erwärmung und Lagerverschleiß erhöhen.

Einbauhinweise

Für eine zuverlässige Funktion empfehlen wir:

• die Federscheibe möglichst gleichmäßig und axial zu belasten,

• ebene und parallele Auflageflächen vorzusehen,

• ausreichend radialen Freiraum an Außen- und Innendurchmesser einzuplanen,

• scharfe Kanten und Grate an den Auflageflächen zu vermeiden,

• die Federscheibe nicht über den vorgesehenen Arbeitsweg hinaus zusammenzudrücken,

• bei dynamischer Belastung eine ausreichende Reserve zur maximalen Kompression einzuhalten.

Die Federscheibe muss während der Kompression ausreichend geführt werden. Ein Verkanten oder eine einseitige Belastung kann zu ungleichmäßigen Kräften und einer verkürzten Lebensdauer führen.

Parallele Schichtung

Mehrere identische gewellte Federscheiben können abhängig von der Einbausituation gleichsinnig beziehungsweise parallel angeordnet werden.

Bei einer parallelen Schichtung addieren sich die Federkräfte näherungsweise, während der Federweg ungefähr dem Federweg einer einzelnen Federscheibe entspricht. Zwei identische, parallel angeordnete Federscheiben erzeugen somit näherungsweise die doppelte Federkraft.

Reibung, Maßtoleranzen und eine ungleichmäßige Belastung können dazu führen, dass die tatsächliche Gesamtkraft von der rechnerischen Summe abweicht.

Werkstoffe für gewellte Federscheiben

Die gewellten Federscheiben sind je nach Abmessung aus den Federstählen 1.1231, 1.1248 und 1.1274 sowie aus rostfreiem Federstahl 1.4310 erhältlich.

Federstähle 1.1231, 1.1248 und 1.1274

Diese unlegierten Federstähle bieten eine hohe Festigkeit und eignen sich für viele industrielle Anwendungen in trockenen Umgebungen.

Ohne eine geeignete Beschichtung oder Konservierung sind sie nicht dauerhaft korrosionsbeständig. Die Federoberfläche sollte deshalb vor Feuchtigkeit und korrosiven Medien geschützt werden.

Rostfreier Federstahl 1.4310

Der Werkstoff 1.4310, auch X10CrNi18-8 genannt, bietet eine gute Korrosionsbeständigkeit für viele industrielle Anwendungen und feuchte Umgebungen.

Für dauerhaften Kontakt mit Meerwasser oder stark chloridhaltigen Medien ist der Werkstoff nur eingeschränkt geeignet. Durch die Kaltverformung während der Herstellung kann 1.4310 leicht magnetisch sein.

Typische Anwendungen

Gewellte Federscheiben werden unter anderem eingesetzt in:

• Kugellagern und Wälzlagerungen,

• Elektromotoren und Generatoren,

• Getrieben,

• Pumpen und Verdichtern,

• Lüftern und Gebläsen,

• Fahrzeugkomponenten,

• elektrischen und elektronischen Baugruppen,

• feinmechanischen Geräten,

• Mess- und Regeltechnik,

• Maschinen und Vorrichtungen.

Sie eignen sich insbesondere für Baugruppen, in denen eine kompakte axiale Vorspannung oder ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen erforderlich ist.

Gewellte Federscheiben als Sonderanfertigung

Neben den verfügbaren Standardabmessungen können gewellte Federscheiben nach individuellen Anforderungen gefertigt werden.

Anpassbar sind unter anderem:

• Außen- und Innendurchmesser,

• Materialdicke,

• freie Höhe,

• Anzahl und Geometrie der Wellen,

• Prüfhöhe und Federkraft,

• Federrate,

• Werkstoff,

• Oberfläche und Korrosionsschutz.

Für eine technische Anfrage benötigen wir möglichst Angaben zum verfügbaren Einbauraum, zur vorgesehenen Arbeitshöhe, zur benötigten Federkraft, zur Belastungsart und zu den Umgebungsbedingungen.

Weitere Informationen zu den verschiedenen Ausführungen, zum Kraftverlauf und zur technischen Auswahl finden Sie in unserem FAQ zu Federscheiben.

Häufige Fragen zu gewellten Federscheiben

Was ist der Unterschied zwischen der freien Höhe L0 und der Prüfhöhe L1?

L0 ist die Höhe der unbelasteten Federscheibe. L1 ist eine definierte zusammengedrückte Höhe, bei der die Prüfkraft F1 gemessen beziehungsweise angegeben wird.

Was bedeutet die Federrate c?

Die Federrate gibt an, um wie viele Newton die Federkraft bei einem zusätzlichen Millimeter Einfederung ungefähr zunimmt. Sie gilt nur näherungsweise im linearen Bereich der Kennlinie.

Kann eine gewellte Federscheibe vollständig flach gedrückt werden?

Das hängt von der jeweiligen Ausführung ab. Die in der Tabelle angegebene Prüfhöhe und die produktspezifischen Belastungsgrenzen müssen eingehalten werden. Insbesondere Federscheiben mit mehr als drei Wellen sollten nicht ohne technische Prüfung unterhalb von L1 belastet werden.

Welche Federscheibe eignet sich zur Vorspannung eines Kugellagers?

Die Auswahl richtet sich nach dem Außen- und Innendurchmesser, der verfügbaren Einbauhöhe und der benötigten axialen Vorspannkraft. Die Kraft F1 sollte bei einer Prüfhöhe L1 angegeben sein, die möglichst nahe an der tatsächlichen Einbauhöhe liegt.

Was ist der Unterschied zwischen einer gewellten und einer gewickelten Federscheibe?

Die hier angebotenen gewellten Federscheiben werden aus Federband gestanzt und bilden einen geschlossenen Ring. Gewickelte Federscheiben werden dagegen aus einem Federband ringförmig gewickelt und besitzen je nach Ausführung einen Spalt oder überlappende Enden.