Federscheiben gewölbt

Gewölbte Federscheiben für kompakte axiale Vorspannungen

Gewölbte Federscheiben sind axial belastete Federelemente mit einer einfachen bogenförmigen Wölbung. Beim Zusammendrücken wird die Scheibe zunehmend abgeflacht und erzeugt dabei eine axiale Federkraft.

Aufgrund ihrer geringen Bauhöhe eignen sich gewölbte Federscheiben besonders für Anwendungen mit begrenztem axialem Einbauraum. Sie können axiales Spiel reduzieren, Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgleichen und eine definierte Vorspannung zwischen zwei Bauteilen erzeugen.

Typische Einsatzbereiche sind Lagerungen, Elektromotoren, Getriebe, feinmechanische Baugruppen, Befestigungen sowie Maschinen- und Fahrzeugkomponenten.

Über die obenstehende Produkttabelle können Sie die passende gewölbte Federscheibe anhand von Außen- und Innendurchmesser, Materialdicke, freier Höhe, Prüfhöhe, Federkraft und Werkstoff auswählen.

Bedeutung der Angaben in der Produkttabelle

Die Prüfhöhe L1 und die Prüfkraft F1 müssen immer gemeinsam betrachtet werden. Die Kraft F1 gilt nur bei der dazugehörigen Höhe L1.

Federweg einer gewölbten Federscheibe

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 der unbelasteten Federscheibe,

• L = tatsächliche Einbau- oder Arbeitshöhe.

Für den in der Produkttabelle angegebenen Prüfpunkt gilt:

s1 = L0 − L1

Dabei ist s1 der Federweg, bei dem die Federscheibe die angegebene Kraft F1 erzeugt.

Der Kraft-Weg-Verlauf ist über einen großen Teil der verfügbaren Einfederung annähernd linear. In der Nähe der vollständig abgeflachten Position kann sich das Federverhalten jedoch verändern. Für die Auswahl ist deshalb die konkret angegebene Prüfkraft F1 bei der Prüfhöhe L1 maßgeblich.

Die passende gewölbte 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. Einbauhöhe ermitteln: Bestimmen Sie die Höhe, die der Federscheibe im montierten Zustand zur Verfügung steht.

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

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

5. Toleranzen berücksichtigen: Prüfen Sie, welche minimale und maximale Einbauhöhe aufgrund der Bauteiltoleranzen auftreten kann.

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

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

Die Federscheibe sollte nicht ausschließlich anhand ihres Innen- und Außendurchmessers ausgewählt werden. Entscheidend sind auch die tatsächliche Einbauhöhe und die dabei benötigte Federkraft.

Kompression bis zur Planlage

Gewölbte Federscheiben können aufgrund ihrer einfachen Geometrie bis in die Nähe der Planlage zusammengedrückt werden. In der Planlage entspricht die Höhe der Federscheibe annähernd ihrer Materialdicke.

Die vollständig abgeflachte Position sollte jedoch nicht automatisch als regulärer Arbeitspunkt verwendet werden. Eine starke Kompression kann zu hohen Materialspannungen, Setzerscheinungen und einer bleibenden Verringerung der freien Höhe führen.

Für eine zuverlässige Funktion empfehlen wir daher, die Federscheibe im normalen Betrieb nur so weit zusammenzudrücken, wie es für die benötigte Federkraft erforderlich ist. Die vorgesehene Arbeitshöhe sollte möglichst in der Nähe der angegebenen Prüfhöhe L1 liegen.

Axiales Spiel und Toleranzen ausgleichen

Gewölbte Federscheiben werden häufig eingesetzt, um axiales Spiel innerhalb einer Baugruppe zu reduzieren. Die Federscheibe wird zwischen zwei Bauteilen angeordnet und während der Montage vorgespannt.

Dadurch kann sie:

• Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgleichen,

• axiales Spiel reduzieren,

• eine kontinuierliche Anpresskraft erzeugen,

• Setzerscheinungen teilweise kompensieren,

• temperaturbedingte Längenänderungen aufnehmen,

• Klappergeräusche und Schwingungen verringern.

Die erforderliche Federkraft muss auf die Anwendung abgestimmt werden. Eine zu geringe Kraft gleicht das vorhandene Spiel möglicherweise nicht ausreichend aus. Eine zu hohe Kraft kann dagegen Reibung, Verschleiß oder eine unerwünschte Belastung der angrenzenden Bauteile verursachen.

Einsatz zur Lagervorspannung

Gewölbte Federscheiben können zur axialen Vorspannung kleiner Lager und anderer rotierender Bauteile verwendet werden. Sie werden dazu zwischen einem Lagerring und einer Gehäuse- oder Deckelfläche angeordnet.

Eine geeignete Vorspannung kann axiales Lagerspiel reduzieren und Maßänderungen innerhalb der Baugruppe ausgleichen. Die Federkraft muss jedoch zum verwendeten Lager passen.

Eine zu hohe Vorspannung kann die Reibung, Erwärmung und den Verschleiß des Lagers erhöhen. Bei anspruchsvollen Lageranwendungen sind gewellte, gewickelte oder spezielle Kugellagertellerfedern je nach benötigtem Federweg und Kraftverlauf möglicherweise besser geeignet.

Einbauhinweise

Für eine zuverlässige Funktion empfehlen wir:

• ebene und möglichst parallele Auflageflächen vorzusehen,

• die Federscheibe gleichmäßig in axialer Richtung zu belasten,

• ausreichend Freiraum am Innen- und Außendurchmesser einzuplanen,

• scharfe Kanten und Grate an den Auflageflächen zu vermeiden,

• die Scheibe nicht dauerhaft stärker als erforderlich zusammenzudrücken,

• seitliche Belastungen und ein Verkanten zu vermeiden,

• bei dynamischer Belastung eine ausreichende Reserve zur Planlage vorzusehen.

Die tatsächliche Federkraft kann durch Reibung, Auflagegeometrie, Bauteiltoleranzen und Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst werden. Die Funktion sollte bei kritischen Anwendungen unter realen Einbaubedingungen geprüft werden.

Ähnlichkeit zur DIN 137

Die Geometrie der angebotenen Federscheiben ist teilweise ähnlich zu den früher in DIN 137 beschriebenen gewölbten Federscheiben. Die Angabe „ähnlich DIN 137“ bedeutet jedoch nicht automatisch, dass der jeweilige Artikel vollständig nach dieser Norm gefertigt oder geprüft wurde.

Die DIN 137 wurde zurückgezogen. Die angebotenen Federscheiben sollten daher in erster Linie als axiale Federelemente für Vorspannung und Toleranzausgleich betrachtet werden.

Werkstoffe für gewölbte Federscheiben

Die gewölbten Federscheiben im Febrotec-Standardprogramm sind je nach Abmessung aus Federstahl 1.1248 oder rostfreiem Federstahl 1.4310 erhältlich.

Federstahl 1.1248

Federstahl 1.1248 bietet eine hohe Festigkeit und eignet sich für zahlreiche industrielle Anwendungen in trockenen oder entsprechend geschützten 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 1.4310

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

Für den 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

Gewölbte Federscheiben werden unter anderem eingesetzt in:

• Lagerungen und kleinen Elektromotoren,

• Getrieben und Antriebskomponenten,

• Maschinen und Vorrichtungen,

• Fahrzeugkomponenten,

• elektrischen und elektronischen Baugruppen,

• feinmechanischen Geräten,

• Mess- und Regeltechnik,

• Haushaltsgeräten,

• axial vorgespannten Befestigungen,

• Baugruppen mit Fertigungs- und Montagetoleranzen.

Sie eignen sich besonders für Anwendungen, in denen eine leichte bis mittlere axiale Federkraft bei sehr geringer Bauhöhe benötigt wird.

Gewölbte Federscheiben als Sonderanfertigung

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

Anpassbar sind unter anderem:

• Außen- und Innendurchmesser,

• Materialdicke,

• freie Höhe,

• Arbeitshöhe,

• Federweg und Federkraft,

• Werkstoff,

• Oberfläche und Korrosionsschutz.

Für eine technische Anfrage benötigen wir möglichst Angaben zum verfügbaren Einbauraum, zur kleinsten und größten Einbauhöhe, 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 gewölbten Federscheiben

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

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

Können gewölbte Federscheiben vollständig flach gedrückt werden?

Eine Kompression bis in die Nähe der Planlage ist geometrisch möglich. Die Planlage sollte jedoch nicht automatisch als dauerhafter Arbeitspunkt verwendet werden, da eine starke Kompression Setzerscheinungen oder eine bleibende Verformung verursachen kann.

Was unterscheidet eine gewölbte von einer gewellten Federscheibe?

Eine gewölbte Federscheibe besitzt eine einzelne bogenförmige Wölbung. Eine gewellte Federscheibe besitzt mehrere über den Umfang verteilte Wellen und dadurch mehrere definierte Auflagebereiche.

Eignen sich gewölbte Federscheiben zur Lagervorspannung?

Sie können zur axialen Vorspannung von Lagern eingesetzt werden, sofern Federkraft, Federweg und Einbaugeometrie zur Anwendung passen. Für größere Federwege oder besonders definierte Kraftverläufe können andere Federscheibenarten geeigneter sein.

Sichern gewölbte Federscheiben Schrauben gegen selbstständiges Lösen?

Nicht zuverlässig ohne gesonderten technischen Nachweis. Ihre Hauptfunktion besteht in der Erzeugung einer axialen Federkraft und im Ausgleich von Maßänderungen.