Der Einbau von Tellerfedern ermöglicht eine wesentlich bessere Raumausnutzung als z.B. bei Druckfedern. Sie eignen sich insbesondere dort, wo große Federkräfte bei kleinen Federwegen erforderlich sind. Gerade wegen ihrer vielseitigen Eigenschaften und der unzähligen Kombinationsmöglichkeiten lassen sich verschiedene Wirkungen erzielen. Aus diesem Grund finden Tellerfedern zunehmend Anwendung im Werkzeug- und Vorrichtungsbau, bei Pressen, im Maschinen- und Apparatebau.
Tellerfedern sind schalenförmige Biegefedern. Die Federungseigenschaften
und eine gute Werkstoffausnutzung sowie ein hohes Arbeitsvermögen werden
begünstigt, wenn das Durchmesserverhältnis
Die Tellerfedern sind nach
- Gruppe 1: t ≤ 1,25 mm, kaltgeformt,
Ra < 12,5 μm - Gruppe 2: t = 1,25...6,0 mm, kaltgeformt,
Ra < 6,3 μm (Ra < 3,2) - Gruppe 3: t > 6,0...14 mm, kalt- oder warmgeformt,
Ra < 12,5 μm
Tellerfedern werden aus einem geeigneten Werkstoff hergestellt, z.B. 51CrV4, 52CrMoV4, und nach der Wärmebehandlung vorgesetzt. Darunter versteht man eine Vorbelastung der Feder in Richtung der Beanspruchung, und zwar über den elastischen Bereich des Werkstoffes hinaus. Als Folge bleiben nach Entlastung Eigenspannungen zurück, die in den Randzonen den Betriebsspannungen entgegengerichtet sind. Dadurch wird eine günstigere Spannungsverteilung bewirkt.
Nicht nur das Verhältnis Außendurchmesser/Dicke (De/t) entscheidet über die Belastbarkeit der Feder, sondern auch die innere Höhe h₀. Je größer die Dicke der Tellerfeder ist, desto geringer fällt die „innere” Höhe aus, damit selbst bei flachgedrückter Feder die zulässige Beanspruchung und ein damit verbundenes Nachsetzten nicht überschritten werden.
In den meisten Fällen reichen einzelne Federelemente nicht aus, um den notwendigen
Federweg und die Federkraft zu erzielen. Deshalb werden Tellerfedern in der Regel
zu Federpaketen bzw. zu Federsäulen zusammengesetzt. Federpakete bestehen
entweder aus
Es ist zu beachten, dass mit zunehmender Länge einer Federsäule auch die Lastwechselzahl zunimmt. Mit anderen Worten, das seitliche Verschieben von Einzelfedern wird begünstigt, wodurch erhebliche Reibung entsteht. Daher sollte die Anzahl der Federn möglichst gering gehalten und im Gegenzug ein größtmöglicher Außendurchmesser De gewählt werden. Um eine möglichst günstige Krafteinwirkung zu gewährleisten, sollten die Endteller immer mit dem Außendurchmesser an gehärteten Endplatten anliegen.
Federsäulen sollten grundsätzlich mittels Innendorn geführt
werden und bei schwingender Belastung vorgespannt eingebaut werden. Dadurch wird ein
seitliches Verrutschen der Teller unter Krafteinwirkung verhindert. Es
ist auch eine gleichwertige Außenführung mittels Hülse möglich.
Die Auflageflächen sollten oberflächengehärtet sein
Um eine einwandfreie Führung zu gewährleisten, ist ein ausreichendes Spiel zwischen dem Bolzen und dem Innendurchmesser De bzw. der Hülse und dem Innendurchmesser Di vorzusehen.
| Di bzw. De mm | Spiel mm |
|---|---|
| ≤ 16 | ≈ 0,2
|
| > 16 ... 20 | ≈ 0,3
|
| > 20 ... 26 | ≈ 0,4
|
| > 26 ... 31,5 | ≈ 0,5
|
| > 31,5 ... 50 | ≈ 0,6
|
| > 50 ... 80 | ≈ 0,8
|
| > 80 ... 140 | ≈ 1,0
|
| > 140 ... 250 | ≈ 1,6 |
Stahl, Edelstahl
| Werkstoff | E-Modul N/mm² | G-Modul N/mm² |
|---|---|---|
| Ck67 − t < 1 mm nach EN 16983 (DIN 2093) | 206000 | 81500
|
| 51CrV4 − t > 1 mm nach EN 16983 (DIN 2093) | 206000 | 81500
|
| Kohlenstoffstahl (1.1231) bis 80°C | 206000 | 78500
|
| Kohlenstoffstahl (1.1248) bis 80°C | 206000 | 78500
|
| X10 CrNi 18 8 (1.4310, V2A) | 185000 | 70000
|
| X7 CrNiAl 17 7 (1.4568, V4A) | 195000 | 73000
|
| X5 CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | 180000 | 68000 |
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