Federscheiben gewickelt

Gewickelte Federscheiben für präzise Vorspannung und Toleranzausgleich

Gewickelte Federscheiben sind einlagige Wellenfedern, die aus flachem Federband ringförmig gewickelt werden. Beim axialen Zusammendrücken werden die Wellen elastisch abgeflacht und erzeugen eine definierte Federkraft.

Durch ihre geringe Bauhöhe eignen sie sich besonders für Anwendungen, in denen nur wenig axialer Einbauraum zur Verfügung steht. Sie können Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgleichen, Bauteile axial vorspannen und Spiel, Schwingungen sowie Laufgeräusche reduzieren.

Typische Einsatzgebiete sind Kugellagerungen, Elektromotoren, Getriebe und andere kompakte mechanische Baugruppen. Abhängig von der Ausführung besitzen die Federscheiben einen offenen Spalt oder überlappende Enden.

Über die obenstehende Produkttabelle können Sie die passende gewickelte Federscheibe anhand von Hülsendurchmesser, Dorndurchmesser, freier Höhe, Prüfhöhe, Federkraft, Federrate, Wellenzahl, Ausführung und Werkstoff auswählen.

Bedeutung der Angaben in der Produkttabelle

Die Prüfhöhe L1 und die Federkraft F1 müssen immer gemeinsam betrachtet werden. Eine Kraftangabe ohne die zugehörige Einbauhöhe reicht für die Auswahl einer Federscheibe nicht aus.

Federweg und Federkraft bestimmen

Der Federweg ergibt sich aus der Differenz zwischen der freien Höhe L0 und der Höhe L im eingebauten Zustand:

s = L0 − L

Dabei gilt:

• s = Federweg in mm,

• L0 = freie Höhe in mm,

• L = aktuelle Einbau- oder Arbeitshöhe in mm.

Im annähernd linearen Arbeitsbereich kann die Federkraft überschlägig berechnet werden:

F ≈ c × s

Für die in der Tabelle angegebene Prüfhöhe L1 gilt näherungsweise:

F1 ≈ c × (L0 − L1)

Diese Berechnung dient nur der Vorauswahl. Maßgeblich ist die beim jeweiligen Artikel angegebene Prüfkraft F1, da Geometrie, Reibung, Setzverhalten und Fertigungstoleranzen zu Abweichungen führen können.

Federscheiben mit Spalt oder überlappenden Enden

Gewickelte Federscheiben sind in zwei grundlegenden Ausführungen erhältlich.

Gewickelte Federscheiben mit Spalt

Bei dieser Ausführung besteht zwischen den beiden Federenden ein offener Spalt. Beim Zusammendrücken kann sich die Federscheibe in Umfangsrichtung bewegen und radial ausdehnen.

Die offene Bauform eignet sich besonders für Anwendungen mit engem radialem Bauraum, sofern der Spalt konstruktiv unkritisch ist.

Gewickelte Federscheiben mit überlappenden Enden

Bei dieser Ausführung überdecken sich die beiden Federenden. Sie sind jedoch nicht fest miteinander verbunden und können sich beim Zusammendrücken gegeneinander verschieben.

Die Überlappung vermeidet eine vollständig offene Unterbrechung am Umfang und ermöglicht gleichzeitig die notwendige radiale Bewegung der Feder. Sie eignet sich beispielsweise für Lagervorspannungen und Anwendungen, bei denen eine gleichmäßige Auflage gewünscht ist.

Die Tabellenbezeichnung „closed“ bezeichnet somit eine Ausführung mit überlappenden Enden und keinen verschweißten oder vollständig geschlossenen Ring.

Die passende gewickelte Federscheibe auswählen

Gehen Sie bei der Auswahl möglichst in dieser Reihenfolge vor:

1. Einbaudurchmesser festlegen: Bestimmen Sie den vorhandenen Hülsendurchmesser Dh und den maximalen Dorndurchmesser Dd.

2. Arbeitshöhe bestimmen: Ermitteln Sie die axiale Höhe, die der Federscheibe im eingebauten Zustand zur Verfügung steht.

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

4. Benötigte Federkraft festlegen: Wählen Sie eine Federscheibe, deren Kraft F1 bei einer geeigneten Prüfhöhe L1 der erforderlichen Vorspannkraft entspricht.

5. Krafttoleranz berücksichtigen: Prüfen Sie, ob sowohl die minimale als auch die maximale mögliche Federkraft für die Anwendung zulässig ist.

6. Ausführung auswählen: Entscheiden Sie abhängig von Einbauraum und Auflagefläche zwischen einer Feder mit Spalt und einer Ausführung mit überlappenden Enden.

7. Belastungsart bewerten: Unterscheiden Sie zwischen statischer Vorspannung, gelegentlicher Bewegung und häufig wechselnder dynamischer Belastung.

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

Die Federscheibe sollte nicht allein nach Hülsen- und Dorndurchmesser ausgewählt werden. Entscheidend sind die vorgesehene Arbeitshöhe und die bei dieser Höhe benötigte Federkraft.

Radiale Ausdehnung beim Zusammendrücken

Beim axialen Zusammendrücken verändert sich auch der Durchmesser einer gewickelten Federscheibe. Der offene Spalt beziehungsweise die bewegliche Überlappung ermöglicht es der Feder, sich in Umfangsrichtung anzupassen.

Der in der Tabelle angegebene Hülsendurchmesser Dh muss deshalb eingehalten werden. Wird die Federscheibe in einer zu kleinen Bohrung zusammengedrückt und kann sich nicht wie vorgesehen radial bewegen, kann sie an der Bohrungswand blockieren. Dadurch kann sich der Kraft-Weg-Verlauf deutlich verändern.

Auch am Innendurchmesser muss ausreichend Freiraum zum Dorn oder zur Welle vorhanden sein. Ein Verklemmen am Innen- oder Außendurchmesser kann zu erhöhten Kräften, ungleichmäßiger Belastung und einer verkürzten Lebensdauer führen.

Einsatz zur Vorspannung von Kugellagern

Gewickelte Federscheiben werden häufig zur axialen Vorspannung von Kugellagern eingesetzt. Die Federscheibe wird zwischen einem Lagerring und einer Gehäuse- oder Deckelfläche eingebaut und erzeugt eine kontinuierliche axiale Kraft.

Eine richtig ausgelegte Lagervorspannung kann:

• axiales Lagerspiel reduzieren,

• Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgleichen,

• temperaturbedingte Längenänderungen aufnehmen,

• Schwingungen und Laufgeräusche verringern,

• den Kontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen stabilisieren.

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

Klemmende und selbstzentrierende Ausführungen

Gewickelte Federscheiben können auf Anfrage so ausgelegt werden, dass sie sich mit einer leichten radialen Vorspannung in einer Bohrung halten.

Eine solche klemmende Ausführung kann:

• die Federscheibe in der Bohrung selbst zentrieren,

• das Herausfallen während der Montage verhindern,

• eine Überkopf- oder automatisierte Montage erleichtern,

• zusätzliche Befestigungselemente vermeiden.

Diese Funktion ist nicht bei jeder Standardfeder automatisch vorhanden. Wird eine klemmende Ausführung benötigt, muss dies bei der Auswahl beziehungsweise Anfrage ausdrücklich berücksichtigt werden.

Einbauhinweise

Für eine zuverlässige Funktion empfehlen wir:

• ebene und möglichst parallele Auflageflächen vorzusehen,

• die Federscheibe gleichmäßig und ausschließlich axial zu belasten,

• den vorgesehenen Hülsen- und Dorndurchmesser einzuhalten,

• ausreichend Freiraum für die radiale Bewegung einzuplanen,

• scharfe Kanten und Grate an den Auflageflächen zu vermeiden,

• die Feder nicht unter die vorgesehene Arbeitshöhe zusammenzudrücken,

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

Die Funktion sollte möglichst unter realen Einbaubedingungen geprüft werden. Reibung, Bauteiltoleranzen und Oberflächenbeschaffenheit können die tatsächlich erzeugte Federkraft beeinflussen.

Vorteile gewickelter Federscheiben

Gegenüber gestanzten Federscheiben bieten gewickelte Ausführungen abhängig von der jeweiligen Baureihe folgende Vorteile:

• präzise definierbare Federkräfte und Federraten,

• eng tolerierbare Kraftwerte,

• geringe axiale Bauhöhe,

• Ausführungen mit Spalt oder überlappenden Enden,

• Anpassung an unterschiedliche Hülsen- und Dorndurchmesser,

• optional klemmende und selbstzentrierende Ausführung,

• geringer Materialverschnitt bei der Herstellung aus Federband.

Welche Federscheibenart am besten geeignet ist, hängt von der benötigten Kraft, der Arbeitshöhe, dem Einbauraum und den zulässigen Toleranzen ab.

Werkstoffe für gewickelte Federscheiben

Die Standardausführungen sind je nach Abmessung aus Federstahl 1.1248 oder rostfreiem Federstahl 1.4568 erhältlich.

Federstahl 1.1248

Der Federstahl 1.1248 bietet eine hohe Festigkeit und eignet sich für zahlreiche industrielle Anwendungen in trockenen Umgebungen.

Ohne eine geeignete Beschichtung oder Konservierung ist der Werkstoff nicht dauerhaft korrosionsbeständig. Die Federoberfläche sollte daher vor Feuchtigkeit und korrosiven Medien geschützt werden.

Rostfreier Federstahl 1.4568

Der ausscheidungshärtbare rostfreie Federstahl 1.4568, auch als 17-7 PH bekannt, verbindet eine hohe Festigkeit mit einer guten Korrosionsbeständigkeit für zahlreiche industrielle Anwendungen.

Die tatsächliche Eignung muss anhand von Temperatur, Medienkontakt, Belastung und geforderter Lebensdauer beurteilt werden.

Typische Anwendungen

Gewickelte Federscheiben werden unter anderem eingesetzt in:

• Kugel- und Wälzlagerungen,

• Elektromotoren und Generatoren,

• Getrieben,

• Pumpen und Verdichtern,

• Lüftern und Gebläsen,

• Fahrzeugkomponenten,

• elektrischen Steckverbindungen,

• Mess- und Regelgeräten,

• feinmechanischen Baugruppen,

• Maschinen und Vorrichtungen.

Sie eignen sich besonders für Anwendungen, in denen bei geringer axialer Bauhöhe eine genau definierte Vorspannkraft benötigt wird.

Gewickelte Federscheiben als Sonderanfertigung

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

Anpassbar sind unter anderem:

• Hülsen- und Dorndurchmesser,

• Materialdicke und radiale Breite,

• freie Höhe und Arbeitshöhe,

• Anzahl und Geometrie der Wellen,

• Federrate und Federkraft,

• Ausführung mit Spalt oder Überlappung,

• klemmender Sitz in der Bohrung,

• Werkstoff und Oberfläche.

Für eine technische Anfrage benötigen wir möglichst Angaben zum Hülsen- und Dorndurchmesser, zur freien und eingebauten Höhe, zur benötigten Federkraft, zur Belastungsart und zu den Umgebungsbedingungen.

Weitere Informationen zur Auswahl, Auslegung und Anwendung finden Sie in unserem FAQ zu Federscheiben.

Häufige Fragen zu gewickelten Federscheiben

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

Gewickelte Federscheiben werden aus flachem Federband ringförmig geformt und besitzen einen Spalt oder überlappende Enden. Gestanzte Federscheiben werden dagegen als geschlossener Ring aus Blech ausgestanzt.

Was bedeuten Hülsen-Ø Dh und Dorn-Ø Dd?

Dh bezeichnet den vorgesehenen Innendurchmesser der Bohrung oder Hülse. Dd bezeichnet den Außendurchmesser des Dorns beziehungsweise der Welle, den die Federscheibe freigeben muss. Es handelt sich um Einbaumaße und nicht einfach um den frei gemessenen Außen- und Innendurchmesser der Feder.

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

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

Was unterscheidet eine Federscheibe mit Spalt von einer überlappenden Ausführung?

Bei der Ausführung mit Spalt bleiben die beiden Federenden voneinander getrennt. Bei einer überlappenden Ausführung liegen die Enden übereinander, können sich beim Zusammendrücken jedoch gegeneinander bewegen. Beide Varianten ermöglichen eine radiale Anpassung der Feder.

Kann eine gewickelte Federscheibe selbstständig in einer Bohrung halten?

Eine speziell dafür ausgelegte Federscheibe kann mit einer leichten radialen Vorspannung klemmend in der Bohrung sitzen. Diese „Cling-in-Bore“-Funktion ist jedoch eine besondere Ausführung und nicht automatisch bei jedem Standardartikel vorhanden.

Warum muss die Prüfkraft immer zusammen mit der Prüfhöhe betrachtet werden?

Die Federkraft verändert sich mit der Einfederung. Der Wert F1 gilt deshalb nur bei der zugehörigen Höhe L1. Bei einer anderen Einbauhöhe entsteht eine entsprechend andere Federkraft.