Tellerfedern: kleine Federn mit großer Wirkung
Tellerfedern sind spezielle, konisch geformte Federscheiben, die unter axialer Belastung elastisch nachgeben und beim Entlasten wieder in ihre Ursprungsform zurückkehren. Auf diese Weise wirken sie als kompakte Energiespeicher und Spannelemente. Trotz ihrer geringen Baugröße können Tellerfedern enorme Kräfte aufnehmen und sind in der Industrie daher unverzichtbar, wenn auf engem Raum eine zuverlässige Federkraft oder Dämpfung benötigt wird.
Im Maschinen- und Anlagenbau, in Fahrzeugkomponenten oder zur Sicherung kritischer Schraubverbindungen sorgen Tellerfedern für dauerhaft stabile Verbindungen. Sie helfen, Vibrationen zu dämpfen, Vorspannungsverluste durch Setzerscheinungen auszugleichen und eine gleichmäßige Kraftverteilung sicherzustellen. Durch diese Eigenschaften leisten Tellerfedern in vielen Branchen einen wichtigen Beitrag zur Betriebssicherheit und Langlebigkeit von Konstruktionen.
Spezifikationen von Tellerfedern
Tellerfedern haben die Form einer runden Kegelscheibe (ähnlich einer flachen Unterlegscheibe, aber gewölbt) und unterliegen der Norm DIN 2093. Diese Norm teilt Tellerfedern in drei Gruppen ein und stellt sicher, dass Abmessungen und Federkräfte standardisiert sind. Die Größen einer Tellerfeder werden üblicherweise als Außendurchmesser × Innendurchmesser × Dicke in Millimetern angegeben. So lässt sich für jede Anwendung eine passende Federgröße und -stärke auswählen.
Gefertigt werden Tellerfedern meist aus hochwertigem Federstahl (z.B. 50CrV4), der nach der Formgebung gehärtet wird, um die erforderliche Federkraft und Dauerfestigkeit zu erreichen. Für korrosive Umgebungen sind auch Varianten aus rostfreiem Edelstahl (z.B. 1.4310) erhältlich, die einen guten Korrosionsschutz bieten. Zum Schutz vor Verschleiß und Korrosion werden viele Tellerfedern zusätzlich phosphatiert oder anders beschichtet. Das sorgt für eine glatte Oberfläche, reduziert Reibung beim Federn und erhöht die Lebensdauer des Bauteils.
Vorteile von Tellerfedern
- Hohe Kraft auf kleinstem Raum: Tellerfedern können sehr große Kräfte aufbauen, obwohl sie nur einen kurzen Federweg und geringe Einbaumaße haben. Sie ermöglichen Konstruktionen, bei denen mit minimalem Bauraum eine maximale Vorspannung erreicht wird.
- Zuverlässige Vorspannung und Setz-Ausgleich: Richtig dimensionierte Tellerfedern verlieren auch bei Dauerbelastung kaum an Spannkraft. Sie kompensieren Setzerscheinungen in Schraubverbindungen und halten die Verbindung auf Spannung. Im Gegensatz zu einfachen Federringe neigen Tellerfedern nicht zum Nachlassen der Federwirkung, solange die zulässigen Belastungen eingehalten werden.
- Anpassungsfähige Federcharakteristik: Durch die Möglichkeit, mehrere Tellerfedern zu kombinieren, lässt sich das Federverhalten flexibel anpassen. So kann entweder die Federkraft erhöht oder der Federweg verlängert werden – je nachdem, ob man die Federn gleichsinnig oder abwechselnd schichtet. Diese Flexibilität erlaubt es, die Federkennlinie (linear, degressiv oder progressiv) gezielt auf die Anwendung abzustimmen.
- Dämpfung von Vibrationen: Bei dynamischer Belastung wirken Tellerfedern auch leicht stoßdämpfend. In gestapelter Anordnung entsteht durch Reibungseffekte zusätzliche Dämpfung, welche Schwingungen in der Verbindung mindert. Gleichzeitig verteilt die rotationssymmetrische Form der Tellerfeder die Kraft konzentrisch und verhindert Punktbelastungen – ein Vorteil gegenüber unsymmetrischen Federformen.
Anwendungen und Tipps zur Verwendung
Tellerfedern kommen in zahlreichen Bereichen zum Einsatz, insbesondere überall dort, wo hohe Kräfte in kompakter Form benötigt werden:
- Maschinenbau: Zur Sicherung von Schraubenverbindungen und Bauteilen in Maschinen und Anlagen (z.B. in Ventilen oder Pressen) sorgen Tellerfedern für gleichbleibende Spannkraft.
- Fahrzeugtechnik: In Fahrzeugen wie Automobilen, Lkw oder Schienenfahrzeugen werden Tellerfedern z.B. in Stoßdämpfern, Kupplungen oder Bremsen eingesetzt, um kräftige, aber platzsparende Federungen bereitzustellen.
- Hebezeuge und Förderanlagen: In Kränen, Federzügen oder anderen Hebe- und Fördersystemen dienen Tellerfedern dazu, Lastspitzen abzufangen und die Betriebssicherheit zu erhöhen.
- Mess- und Regeltechnik: Bei Messinstrumenten und Ventilen helfen Tellerfedern, exakte Anpresskräfte zu erzeugen und bleiben auch bei wechselnden Temperaturen oder Belastungen stabil.
- Schraubensicherungen: Tellerfedern fungieren in kritisch beanspruchten Schraubverbindungen als federnde Sicherungselemente. Sie verhindern ein Losrütteln der Verbindung und gleichen Setz- oder Kriechverhalten aus – selbst unter starker Vibration, wo herkömmliche Zahnscheiben oder einfache Federringe an ihre Grenzen stoßen.
Verwendungstipps: Bei der Anwendung von Tellerfedern ist auf die richtige Anordnung zu achten. Mehrere Federn lassen sich stapeln, um die gewünschte Federwirkung zu erzielen: Gleichsinnig übereinandergelegt erhöhen sie die Gesamtfederkraft, während abwechselnd (gegengesetzt) geschichtete Federn einen längeren Federweg ermöglichen. Wichtig ist, Tellerfedern nicht vollständig flach zu drücken, sondern nur im empfohlenen Federweg-Bereich zu belasten, um eine dauerhafte Verformung zu vermeiden. Bei Bedarf – etwa wenn die Auflagefläche weich oder empfindlich ist – kann eine flache Unterlegscheibe unter der Tellerfeder verwendet werden. Diese stützt die Feder ab und schützt die Oberfläche des Bauteils vor Eindrücken. Zudem sollte man sicherstellen, dass Tellerfedern bei der Montage zentriert geführt werden (z.B. über eine Schraube oder Führungsbolzen), damit sie gleichmäßig arbeiten können.
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FAQ zu Tellerfedern
Was ist eine Tellerfeder?
Eine Tellerfeder ist eine kreisförmige, kegelförmig gewölbte Federscheibe, die bei axialer Belastung nachgibt und so eine Federkraft erzeugt. Durch diese Bauform kann sie als kompakte Druckfeder wirken: Unter Last flacht sie sich etwas ab und federt beim Entlasten wieder zurück. Tellerfedern werden auch Kegelfedern oder Belleville-Federn genannt und dienen als Energiespeicher in technischen Anwendungen.
Wofür werden Tellerfedern verwendet?
Tellerfedern werden überall dort eingesetzt, wo hohe Vorspannkräfte auf engem Raum benötigt sind. Typische Anwendungsgebiete sind Schraubverbindungen in Maschinen, Anlagen und Fahrzeugen, bei denen ein Lockern durch Vibrationen verhindert werden soll. Auch in Kupplungen, Bremsen, Ventilen oder Dämpfungselementen kommen Tellerfedern zum Einsatz, um Kräfte präzise zu steuern und Bauteile vor Verschleiß oder Spiel zu schützen.
Gibt es Tellerfedern aus Edelstahl?
Ja. Neben den üblichen Ausführungen aus legiertem Federstahl sind auch Edelstahl-Tellerfedern erhältlich. Diese bestehen zum Beispiel aus rostfreiem Federstahl 1.4310 und eignen sich für den Einsatz in feuchter oder korrosiver Umgebung. Edelstahl-Tellerfedern bieten einen hohen Korrosionsschutz, weisen aber geringfügig niedrigere Federkräfte auf als vergleichbare Federstahl-Ausführungen. Für viele Anwendungen – insbesondere im Außenbereich oder in der Lebensmittel- und Chemieindustrie – sind sie dennoch die beste Wahl, um Rostbildung zu vermeiden.
Kann man Tellerfedern stapeln?
Ja, Tellerfedern können einzeln oder in Stapeln kombiniert genutzt werden. Durch das Stapeln mehrerer Federn lässt sich die Charakteristik anpassen: Werden alle Federn in gleicher Richtung übereinander gelegt (Parallel-Schichtung), addieren sich ihre Kräfte, sodass eine höhere Federkraft erzielt wird. Werden sie hingegen abwechselnd gegeneinander geschichtet (Wechsel-Schichtung), addieren sich die Federwege – die Federung wird weicher und bietet einen längeren Federweg bei gleichbleibender Kraft. Auf diese Weise kann man je nach Bedarf sehr steife oder sehr nachgiebige Federpakete konfigurieren. Wichtig dabei ist, die Federn sauber zu führen (z.B. auf einem Führungsbolzen) und sie nicht über den zulässigen Hub hinaus zu belasten, um eine Beschädigung zu vermeiden.
Was ist der Unterschied zwischen einer Tellerfeder und einem Federring?
Eine Tellerfeder (Kegelfeder) und ein Federring (Spiralfederring) unterscheiden sich deutlich in Form und Funktion. Die Tellerfeder ist eine konische Scheibe, die unter Druck eine große Federkraft erzeugt und vor allem dazu dient, Vorspannung aufrechtzuerhalten und Setzungen auszugleichen. Ein Federring hingegen ist ein aufgeschnittener, spiralförmig gedrehter Ring. Er wird hauptsächlich als Schraubensicherung verwendet: Beim Anziehen der Schraube beißt sich der Federring in die Auflageflächen, um ein Losdrehen durch Vibration zu erschweren. Im Vergleich zur Tellerfeder liefert ein Federring jedoch deutlich weniger Federkraft und wirkt eher durch seine Verzahnung als durch echten Federweg. Kurz gesagt – Tellerfedern kommen bei hohen Lasten und präzisen Federanforderungen zum Einsatz, während Federringe bei einfachen Schraubverbindungen als unkomplizierte Sicherung dienen.