Wie ermittelt man die richtige Konfiguration zum Schichten von Tellerfedern

Tellerfedern sind kegelförmige Präzisionskomponenten, die für eine axiale Belastung ausgelegt sind. Tellerfedern können statisch belastet werden, entweder kontinuierlich oder intermittierend, oder dynamisch einem dauerhaften Lastwechsel ausgesetzt werden.  Was Tellerfedern von anderen Federarten unterscheidet, ist die Tatsache, dass die Durchbiegung des Tellers bei einer bestimmten Belastung vorhersehbar ist, was die Berechnung der Mindestlebensdauer ermöglicht.  Aufgrund ihrer Vorhersagbarkeit, hohen Zuverlässigkeit und unvergleichlichen Ermüdungslebensdauer werden Tellerfedern in kritischen Anwendungen wie Sicherheitsventilen, Kupplungs- und Bremsmechanismen für Aufzüge und schwere Geräte sowie Stützen für industrielle Rohrsysteme allen anderen Federarten vorgezogen.  Tellerfedern können einzeln oder in Stapeln geschichtet werden, um die für die jeweilige Anwendung erforderlichen Eigenschaften in Bezug auf Kraft und Durchbiegung zu erzielen.  In diesem technischen Papier werden die verschiedenen Methoden zum Schichten von Tellerfedern beschrieben und es wird erläutert, wie man die richtige Stapelkonfiguration für eine bestimmte Anwendung ermittelt.

Um eine optimale Leistung der Tellerfeder zu erreichen, ist es am besten, die Arbeitseinfederung zwischen 15 % und 75 % der vollen Einfederung zu halten, da in diesem Bereich die Messergebnisse am genauesten mit den theoretischen Kennlinien der Tellerfeder übereinstimmen. Wenn eine einzelne Tellerfeder nicht fähig ist, die für die Anwendung erforderlichen Kraft-Weg-Kennlinien zu erreichen, können Tellerfedern in Serie, parallel oder in Kombination geschichtet werden, um die Anforderungen zu erfüllen (siehe unten: Methoden der Schichtung und Abbildung 1).

Die Reibung zwischen den gleichsinnig geschichteten Tellerfedern muss berücksichtigt werden.  Zu den Faktoren, die sich auf die Reibung auswirken, gehören die Anzahl der gleichsinnig geschichteten Tellerfedern, der Betrag des Federwegs, die Schmierung der Tellerfedern und die Beschaffenheit der Oberfläche der Tellerfedern und Führungselemente.  Eine angemessene Zugabe beträgt 2 - 3 % für jede Gleitfläche. Die Addition der Reibung bei gleichsinnig geschichteten Tellerfedern führt zu einer aktuellen Kraft-Weg-Kurve, die sich von der theoretischen Kurve unterscheidet.  Die aktuelle Federkraft ist höher, wenn eine Last aufgebracht wird, und verringert sich, wenn die Last entfernt wird.  Diese Hysterese führt zu einem Dämpfungseffekt, der mit dickeren Tellerfedern oder mehr gleichsinnig geschichteten Tellerfedern zunimmt. (Abbildung 2)

Abbildung 3

Die Reibung zwischen den Gleitflächen sollte so gering wie möglich gehalten werden, um Abweichungen von den theoretischen Kennlinien zu reduzieren und die Wärmeentwicklung zu verringern, die sich nachteilig auf die Lebensdauer der Tellerfeder auswirkt.  Gleichsinnig geschichtete Tellerfedern sollten mit einem Festschmierstoff wie z. B. Molybdändisulfid geschmiert werden und auf maximal 4 gleichsinnig geschichtete Tellerfedern begrenzt werden.  Die Reibung ist bei einem vertikal ausgerichteten Stapel geringer als bei einem horizontal belasteten Stapel.  Bei dynamischen Anwendungen gibt es eine Einlaufphase, in der die Reibung reduziert wird, da sich die Oberflächenbeschaffenheit der Gleit- und Kontaktflächen durch den Kontakt zwischen den Teilen gleichmäßig abnutzt und glättet.

Beim Schichten von Tellerfedern ist ein breites Spektrum an Kraft-Weg-Kennlinien möglich; der Stapel kann mit spezifischen Belastungskurven konzipiert werden, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen, wobei sowohl progressive als auch regressive Werte möglich sind (Abbildung 3).