Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, welch wichtige Rolle der bescheidene Federring in Maschinen spielt? Diese kleinen, unscheinbaren Komponenten spielen eine wichtige Rolle für den reibungslosen und sicheren Betrieb von Maschinen. In diesem Artikel erkunden wir die faszinierende Welt der Federringe, ihre Arten und ihre verschiedenen Anwendungen im Maschinenbau. Entdecken Sie, wie diese oft übersehenen Elemente einen großen Unterschied in der Zuverlässigkeit und Leistung unzähliger Maschinen und Geräte ausmachen.
In der Verbindungselementeindustrie spielen Federringe, auch bekannt als "elastische Scheiben" oder "Federringe", eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität von Verbindungen. Diese Bauteile werden in erster Linie aus austenitischem Edelstahl (z. B. 304 oder 316) oder aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (typischerweise SAE 1060 bis 1075) hergestellt, wobei letzterer häufig eine Schutzbeschichtung wie eine Verzinkung erhält, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
Zu den am häufigsten verwendeten metrischen Größen für Federringe gehören M3, M4, M5, M6, M8, M10, M12, M14 und M16. Diese Abmessungen werden aufgrund ihrer Kompatibilität mit den Standardbolzen- und -schraubengrößen in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt. Die chinesische Norm GB/T 94.1-87 regelt die Spezifikationen für Federscheiben und umfasst ein umfassendes Größenspektrum von 2 mm bis 48 mm Innendurchmesser.
Federscheiben sind so konstruiert, dass sie eine tragende Fläche für den Schraubenkopf oder die Mutter bilden und gleichzeitig zusätzliche Funktionalität bieten. Ihr geteilter Ring erzeugt beim Zusammendrücken eine Spannung, die dazu beiträgt,:
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass Federscheiben zwar weit verbreitet sind, ihre Wirksamkeit bei der Verhinderung der Selbstlockerung in neueren technischen Studien jedoch umstritten ist. Bei kritischen Anwendungen ziehen die Ingenieure oft alternative Sicherungsmethoden wie Nord-Lock-Scheiben oder gewindesichernde Klebstoffe in Betracht.
Federscheiben werden hauptsächlich aus Hochleistungslegierungen hergestellt, die eine optimale Elastizität und Haltbarkeit gewährleisten. Zu den gängigsten Materialien gehören:
Die Auswahl des Werkstoffs hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich Betriebstemperatur, Lastbedingungen, Korrosionsbeständigkeit und Kostenerwägungen. Jedes Material bietet einzigartige Eigenschaften, die zur Optimierung der Leistung von Federscheiben in verschiedenen industriellen Umgebungen genutzt werden können.
Federringe werden in erster Linie verwendet, um das Lösen von Muttern zu verhindern, wie in den nationalen Normen festgelegt. Ihre Anwendung ist in verschiedenen mechanischen Baugruppen von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei dynamischen Belastungen.
Sechskant-Schlitzmuttern sind speziell für die Verwendung mit Schrauben mit Endlöchern entwickelt worden. Diese Konstruktion ermöglicht das Einführen eines Splints durch den Schlitz der Mutter in das Loch der Schraube und verhindert so ein selbsttätiges Lösen. Diese Muttern werden vor allem in Umgebungen mit Schwingungs- oder Wechselbelastungen eingesetzt und gewährleisten eine sichere Befestigung unter schwierigen Bedingungen.
In der mechanischen Konstruktion und Fertigung werden verschiedene Methoden angewandt, um das selbsttätige Lösen von Schrauben und Muttern zu verhindern:
Federringe sind wegen ihrer Wirksamkeit und einfachen Installation weit verbreitet. So werden beispielsweise für Schrauben, die Motoren mit Maschinengestellen verbinden, in der Regel Federscheiben benötigt, um einer Lockerung durch Motorvibrationen entgegenzuwirken. Diese Anwendung unterstreicht die Fähigkeit der Unterlegscheibe, die Unversehrtheit von Befestigungselementen in Umgebungen mit hohen Vibrationen zu gewährleisten.
Im Allgemeinen werden Befestigungselemente an Geräten, die Vibrationen ausgesetzt sind, mit Federringen ausgestattet. Bei Flanschen werden sie jedoch eher selektiv eingesetzt. Die Entscheidung über den Einsatz von Federringen an Flanschen hängt von dem jeweiligen Medium und den Betriebsbedingungen ab. Federringe werden für Flanschverbindungen empfohlen, wenn:
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass diese Richtlinien nicht universell anwendbar sind. Einige spezielle Komponenten, wie z. B. bestimmte Ventile und Druckdeckelflansche des Einfüllkastens, können unabhängig von den allgemeinen Empfehlungen Federscheiben erfordern.
Für die effiziente Auswahl geeigneter Federscheiben können Ingenieure und Techniker das automatisierte System Fastener Expert nutzen. Dieses Tool rationalisiert den Prozess der Auswahl der richtigen Unterlegscheibe auf der Grundlage spezifischer Anwendungsanforderungen und gewährleistet optimale Leistung und Zuverlässigkeit in mechanischen Baugruppen.
Federscheiben und flache Unterlegscheiben dienen bei Befestigungsanwendungen unterschiedlichen Zwecken und haben jeweils ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen. Federscheiben, die mit einem Spaltring oder einer wellenförmigen Struktur versehen sind, dienen in erster Linie dazu, ein Lösen zu verhindern und die Vorspannkraft in dynamischen Umgebungen aufrechtzuerhalten. Dies wird durch ihre Fähigkeit erreicht, Energie unter Kompression zu speichern und freizugeben, was einer vibrationsbedingten Lockerung effektiv entgegenwirkt. Im Gegensatz dazu verfügen flache Unterlegscheiben nicht über diese Anti-Locker-Fähigkeit.
Flache Unterlegscheiben, die sich durch ihre einfache Scheibenform auszeichnen, erfüllen mehrere wichtige Funktionen:
Bei kritischen tragenden Verbindungen, bei denen die Steifigkeit der Verbindung von größter Bedeutung ist, wie z. B. bei Stahlkonstruktionen oder Hochleistungsmotoren, werden Federringe oft vermieden. Ihre zusammendrückbare Beschaffenheit kann Elastizität in die Verbindung einbringen, was deren Gesamtsteifigkeit und Tragfähigkeit verringern kann. In diesen Fällen werden flache Unterlegscheiben oder Flanschbefestigungen bevorzugt, um die Kontaktfläche zu maximieren und die Steifigkeit der Verbindung zu erhalten.
Bei Anwendungen, die starken Vibrationen, zyklischen Belastungen oder thermischer Ausdehnung und Kontraktion ausgesetzt sind, werden Federringe jedoch unverzichtbar. Ihre Fähigkeit, die Spannung im Verbindungselement unter dynamischen Bedingungen aufrechtzuerhalten, trägt dazu bei, Ermüdungsbrüche zu verhindern und die Langlebigkeit der Verbindung zu gewährleisten. Gängige Beispiele sind Aufhängungen von Kraftfahrzeugen, Befestigungen von Eisenbahnschienen und Industriemaschinen.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Wahl zwischen Feder- und Unterlegscheiben auf einer gründlichen Analyse der Anwendungsanforderungen basieren sollte, einschließlich der Belastungsmerkmale, Umweltfaktoren und Sicherheitsüberlegungen. In einigen Fällen kann eine Kombination aus beiden Unterlegscheibentypen verwendet werden, um eine optimale Leistung und Zuverlässigkeit der Verbindungsstelle zu erreichen.
Das "Aufquellen" von Federscheiben ist in der Regel kein inhärenter Defekt der Scheiben selbst, sondern eher eine Folge äußerer Kräfte und der Montagebedingungen.
Das Phänomen des Aufblähens von Federscheiben tritt auf, wenn die Scheibe übermäßigen radialen Kräften nach außen ausgesetzt ist. Diese Kräfte entstehen in erster Linie durch die axiale Klemmkraft, die durch das bei der Montage aufgebrachte Anzugsdrehmoment erzeugt wird. Die Größe dieser Kraft ist entscheidend für die Wahrscheinlichkeit und das Ausmaß des Aufquellens.
Ein wichtiger Faktor, der zum Aufquellen der Federscheibe beiträgt, ist die Geometrie der Gegenstücke, insbesondere die Auflagefläche der Mutter. Die äußere Fase an der Auflagefläche der Mutter erzeugt eine radiale Spaltkraft, die eine Vergrößerung der Öffnung des Federrings bewirken kann. Die Beziehung zwischen dem Fasen-Durchmesser und der Neigung zum Aufquellen ist umgekehrt; ein kleinerer Fasen-Durchmesser konzentriert die Kraft auf eine kleinere Fläche und erhöht die Wahrscheinlichkeit und Schwere des Aufquellens.
Um das Aufquellen abzumildern, verwenden Ingenieure häufig eine flache Unterlegscheibe zwischen Mutter und Federscheibe. Diese zusätzliche Komponente trägt dazu bei, die Last gleichmäßiger zu verteilen und die konzentrierten Radialkräfte zu verringern. Die Wirksamkeit dieser Lösung hängt jedoch von den Eigenschaften der Unterlegscheibe ab. Wenn die Unterlegscheibe zu dünn ist oder aus einem Material mit unzureichender Härte besteht, kann sie sich unter Belastung verformen und ein Aufquellen der Federscheibe nicht wirksam verhindern.
Ein weiteres kritisches Problem bei Federringen ist der Bruch durch Wasserstoffversprödung. Diese Art von Versagen wird in der Regel auf zwei Hauptfaktoren im Herstellungsprozess zurückgeführt:
Diese Schlussfolgerungen sind nicht nur theoretisch, sondern wurden durch umfangreiche Labortests untermauert und durch langjährige praktische Erfahrungen in verschiedenen industriellen Anwendungen bestätigt. Das Zusammenspiel von Materialeigenschaften, Herstellungsverfahren und Montagebedingungen unterstreicht die Komplexität der Gewährleistung einer zuverlässigen Leistung von Federringen in kritischen Befestigungsanwendungen.
Innenverzahnte elastische Unterlegscheibe, außenverzahnte elastische Unterlegscheibe
Am Umfang befinden sich viele scharfe, elastische Zähne, die in die Auflagefläche eindringen und ein Lösen des Befestigungselements verhindern. Die innen verzahnte elastische Unterlegscheibe wird unter dem kleineren Schraubenkopf verwendet; die außen verzahnte elastische Unterlegscheibe wird meist unter dem Schraubenkopf und der Mutter verwendet.
Die gezahnte elastische Scheibe hat ein kleineres Volumen als die gewöhnliche Federscheibe, und das Verbindungselement ist einer gleichmäßigen Kraft ausgesetzt, die ein Lösen zuverlässig verhindern kann, aber sie ist nicht für häufige Demontagen geeignet.
Wellenfeder-Scheibe
Nationale Norm: GB/T 7246-1987
Wellenfederscheiben werden in die Typen WG, WL und WN unterteilt.
Wellenfederscheibe Typ WG
Die Wellenfederscheibe des Typs WG ist eine offene elastische Scheibe, die in der Regel auf kleinem Raum installiert werden kann, um z. B. Lager vorzuspannen, die Geräusche des Lagerbetriebs zu reduzieren und die Laufgenauigkeit und Stabilität der Lager zu verbessern. Darüber hinaus wird sie häufig in der Elektronik und in elektrischen Geräten verwendet, mit Materialien wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Kupferlegierungen.
Wellenfederscheibe Typ WL
Die Wellenfederscheibe des Typs WL ist eine elastische Unterlegscheibe mit Überlappungsverbindung, die in der Regel auf kleinem Raum installiert werden kann, z. B. zur Vorspannung von Lagern, zur Verringerung der Geräusche beim Betrieb von Lagern und zur Verbesserung der Laufgenauigkeit und Stabilität von Lagern. Darüber hinaus ist es weit verbreitet in der Elektronik und elektrische Geräte, mit Materialien wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Kupferlegierung verwendet.
Wellenfederscheibe Typ WN
Bei der Wellenfederscheibe des Typs WN handelt es sich um eine mehrschichtige elastische Unterlegscheibe mit überlappendem Wellenberg. Im Vergleich zum Typ WL besteht diese Serie aus mehreren Materialschichten, so dass die K-Wert-Kurve bei gleichem Kompressionshub flacher ist als beim Typ WL, was für Situationen geeignet ist, in denen die Elastizität größer ist und der gesamte Arbeitshub eine gleichmäßige Freigabe der Elastizität erfordert. Zu den verwendeten Materialien gehören Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl und Kupferlegierungen.
Tellerfeder-Scheibe
Die Tellerfederscheibe, auch bekannt als Belleville-Federscheibe, wurde von dem Franzosen Belleville erfunden. Die Tellerfederscheibe DIN6796 (Serie HDS) ist für Sicherungsscheiben für Bolzen- und Schraubenverbindungen bestimmt.
Sie ist nach DIN 6796 konstruiert und gefertigt und wird für die Verbindung von mittel- oder hochfesten Bolzen und Schrauben eingesetzt. Die große Stützlast und die elastische Rückstellung machen die HDS-Serie sehr effektiv. Die Schraubenspannung kann Entspannungen widerstehen, die durch Abnutzung empfindlicher Teile, Kriechen, Relaxation, thermische Ausdehnung, Schrumpfung oder das Anziehen von Dichtungsteilen verursacht werden.
Die HDS-Serie erhöht die elastische Wirkung von Schrauben um ein Vielfaches und kann herkömmliche Federscheiben effektiv ersetzen, eignet sich aber nicht als Sicherungsscheibe oder Unterlegscheiben-Kombination.
Da es sich bei der HDS-Serie um eine Tellerfeder handelt, die angepasst oder überlappt werden kann, kann die Anpassung die Verformung der Tellerfedergruppe erhöhen, und die Überlappung kann die Federkraft der Tellerfedergruppe erhöhen.
Die ideale Einbaumethode ist, sie so flach wie möglich zu drücken. Je näher sie dem flachen Zustand kommt, desto schneller steigt das Anzugsdrehmoment. Eine angemessene Schraubenspannung kann ohne Drehmomentschlüssel erreicht werden.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
DE 
EN 
AR 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO