Torsionsfedern (Schenkelfedern)

Torsionsfedern und Schenkelfedern für drehende Bewegungen

Torsionsfedern, auch Schenkelfedern oder Drehfedern genannt, erzeugen ein Drehmoment, wenn ihre Schenkel gegeneinander verdreht werden. Sie speichern dabei mechanische Energie und geben diese beim Entlasten wieder ab. Dadurch können Klappen geöffnet oder geschlossen, Hebel zurückgestellt und bewegliche Bauteile in einer definierten Position gehalten werden.

Eine Torsionsfeder besteht aus einem gewickelten Federkörper und zwei Schenkeln, über die das Drehmoment eingeleitet wird. Die Standardausführungen besitzen gerade Schenkel und sind mit unterschiedlichen Schenkelstellungen sowie links- und rechtsgewickelt erhältlich.

Typische Anwendungen finden sich in Scharnieren, Klappen, Hebeln, Schaltern, Werkzeugen, Haushaltsgeräten, Fahrzeugbauteilen, medizinischen Geräten und feinmechanischen Konstruktionen.

Bedeutung der Angaben in der Produkttabelle

Die Werte für maximales Drehmoment und maximalen Drehwinkel gehören zusammen. Das angegebene Drehmoment wird am zugehörigen Winkel erreicht und darf nicht unabhängig davon betrachtet werden.

Drehmoment und Schenkellänge

Das Drehmoment beschreibt die drehende Wirkung der Feder. Die am Schenkel entstehende Kraft hängt vom Abstand zwischen Drehachse und Kraftangriffspunkt ab:

Kraft = Drehmoment ÷ wirksamer Hebelarm

Bei gleichem Drehmoment entsteht an einem längeren Hebelarm eine geringere Kraft. Wird die Kraft näher am Federkörper eingeleitet, steigt die Kraft entsprechend an.

Die angegebene Schenkellänge E ist daher nicht automatisch mit dem wirksamen Hebelarm gleichzusetzen. Entscheidend ist der tatsächliche Abstand zwischen der Federachse und dem Punkt, an dem der Schenkel die Konstruktion belastet.

Rechts- oder linksgewickelte Torsionsfeder

Die Wickelrichtung muss zur vorgesehenen Belastungsrichtung passen. Eine Torsionsfeder sollte so belastet werden, dass sich ihre Windungen weiter aufwickeln und der Federkörperdurchmesser kleiner wird.

Bei einer Belastung entgegen der vorgesehenen Wickelrichtung wird der Federkörper geöffnet. Dies führt zu ungünstigeren Spannungen und kann die Lebensdauer deutlich reduzieren.

Für eine einzelne Feder ist daher zu prüfen:

• In welche Richtung dreht sich das bewegliche Bauteil?

• Welcher Schenkel wird festgehalten?

• Welcher Schenkel wird bewegt?

• Verkleinert sich der Federdurchmesser bei der Belastung?

• Wird eine rechts- oder linksgewickelte Ausführung benötigt?

Bei spiegelbildlichen Konstruktionen werden häufig eine rechts- und eine linksgewickelte Feder als Paar eingesetzt. Die konkrete Wickelrichtung sollte anhand der Produktzeichnung und der Einbausituation kontrolliert werden.

Schenkelstellung richtig auswählen

Die Schenkelstellung beschreibt den Winkel zwischen den beiden Schenkeln im unbelasteten Zustand.

Eine Feder mit 90°-Stellung besitzt rechtwinklig zueinander ausgerichtete Schenkel. Bei 180° zeigen die Schenkel in entgegengesetzte Richtungen. Bei 270° besteht ein entsprechend größerer Winkelversatz. Eine Stellung von 360° bedeutet, dass beide Schenkel in der Ausgangslage weitgehend parallel ausgerichtet sind.

Die passende Stellung hängt davon ab, wo sich die Anlagepunkte in der unbelasteten Position befinden und welcher Drehwinkel während der Bewegung benötigt wird.

Die passende Torsionsfeder auswählen

Gehen Sie bei der Auswahl möglichst in dieser Reihenfolge vor:

1. Benötigtes Drehmoment bestimmen: Ermitteln Sie die erforderliche Kraft und den wirksamen Hebelarm.

2. Drehwinkel festlegen: Bestimmen Sie den Winkel zwischen unbelasteter und maximal belasteter Position.

3. Schenkelstellung auswählen: Die Ausgangsstellung muss zur Geometrie der Anwendung passen.

4. Wickelrichtung prüfen: Die Feder muss in Richtung ihrer Windung belastet werden.

5. Bauraum kontrollieren: Vergleichen Sie Außendurchmesser, Schenkellänge und axiale Länge mit dem verfügbaren Platz.

6. Dorn auswählen: Der Durchmesser der Achse darf den Tabellenwert M/S nicht überschreiten.

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

8. Umgebung berücksichtigen: Prüfen Sie Feuchtigkeit, Temperatur, Reinigungsmittel und weitere Medien.

Für dynamische Anwendungen sollte das maximale Katalogdrehmoment nicht dauerhaft ausgeschöpft werden. Als Orientierung empfiehlt sich für eine hohe Lebensdauer eine deutliche Reduzierung der Belastung.

Einbau und Führung

Torsionsfedern werden üblicherweise über einem Dorn, einer Achse oder einem Bolzen geführt. Zwischen Federinnendurchmesser und Führung muss auch bei maximaler Verdrehung ausreichend Spiel verbleiben.

Beim Spannen in Windungsrichtung wird der Federdurchmesser kleiner. Gleichzeitig kann sich die axiale Länge des Federkörpers vergrößern. Deshalb muss auch seitlich genügend Spiel vorhanden sein.

Für eine zuverlässige Funktion empfehlen wir:

• die Feder ausschließlich in vorgesehener Wickelrichtung zu belasten,

• Querkräfte und ein Verkanten zu vermeiden,

• beide Schenkel sicher und möglichst flächig abzustützen,

• ausreichend radiales und axiales Spiel vorzusehen,

• mechanische Anschläge gegen Überlastung einzubauen,

• die Feder nicht über Drehmoment und Drehwinkel hinaus zu belasten,

• die Funktion über den vollständigen Bewegungsbereich zu prüfen.

Die Schenkel dürfen nicht unkontrolliert gekürzt, gebogen, geschweißt oder nachträglich erwärmt werden. Solche Veränderungen können Werkstoffeigenschaften und Federkennlinie beeinträchtigen.

Werkstoff 1.4310

Die Standardausführungen bestehen aus rostfreiem Federstahl 1.4310. Der Werkstoff verbindet gute Federeigenschaften mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für zahlreiche industrielle Anwendungen.

Durch die Kaltverfestigung kann 1.4310 leicht magnetisch werden. Für dauerhaftes Meerwasser, Chloride, Säuren oder aggressive Reinigungsmittel muss die Beständigkeit gesondert geprüft werden.

Sonderausführungen mit abweichenden Schenkelformen, Abmessungen oder Werkstoffen können als individuelle Torsionsfedern angefragt werden.

Häufige Fragen zu Torsionsfedern

In welche Richtung darf die Feder belastet werden?

Sie sollte in Windungsrichtung belastet werden, sodass sich der Federkörper enger wickelt und sein Durchmesser kleiner wird.

Ist Md die Kraft am Schenkel?

Nein. Md ist das Drehmoment. Die Kraft am Schenkel ergibt sich aus dem Drehmoment und dem wirksamen Hebelarm.

Wofür steht M/S?

M/S bezeichnet den maximal empfohlenen Dorn- beziehungsweise Achsdurchmesser bei Nutzung des angegebenen Drehwinkels.

Kann eine Torsionsfeder ohne Dorn eingesetzt werden?

Grundsätzlich ist dies konstruktionsabhängig. Eine passende Führung verbessert jedoch die Positionierung und verhindert seitliches Ausweichen oder Knicken.

Sind Sonderformen erhältlich?

Ja. Abweichende Schenkellängen, Schenkelstellungen, Endformen, Werkstoffe und Abmessungen können als Sonderanfertigung angefragt werden.

Weitere Informationen zu Wickelrichtung, Schenkelstellung und Einbau finden Sie in unserem FAQ zu Torsionsfedern.