Eine Flachfeder ist jede Feder aus einem flachen Metallband oder -blech statt aus Runddraht, die so ausgelegt ist, dass sie sich biegt, elastisch verformt oder aufwickelt und dabei mechanische Energie speichert und wieder freigibt. Da ihr Querschnitt rechteckig statt kreisförmig ist, lässt sich mit demselben Grundmaterial eine flache, ansteigende oder abgestufte Kraftkennlinie erzielen — allein durch die Art der Wicklung.

Flachfeder vs. Drahtfeder

Eine Drahtfeder speichert Energie vor allem über die Torsion des gewickelten Drahts. Ein Flachband speichert sie dagegen über Biegung quer zu seiner Breite. Das klingt nach einem kleinen Unterschied, ist jedoch entscheidend: Ein Flachband kann sich eng auf sich selbst ablegen — genau nach diesem Prinzip werden Konstantkraft- und Federkraftfedern ausgeführt — und Flachmaterial lässt sich besonders gut stanzen oder fotochemisch ätzen, um kundenspezifische Kontakt- und Schaltfedern herzustellen.

Drahtfeder und Flachfeder im Vergleich: Wie jede Feder Energie speichert Nebeneinandervergleich: Eine Runddrahtspirale speichert Energie über Torsion im Draht, daneben eine Flachbandspirale über Biegung quer zu ihrer Breite. Runddrahtfeder Energiespeicherung über Torsion im gewickelten Draht Flachbandfeder Energiespeicherung über Biegung über die Breite des Bandes

Hauptarten von Flachfedern

Alle nachfolgend aufgeführten gewickelten Ausführungen fallen unter LILYsBandfedern-Kategorie:

  • Konstantkraftfedern— gewickeltes Flachband mit nahezu null Kraftanstieg nach dem Anfangsweg. Ausführliche Informationen zur Mechanik finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu Konstantkraftfedern.

  • Federkraftfedern— mit konstruktiv verändertem Radius für eine ansteigende oder degressive Kraftkennlinie.

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  • Aufsteck-Konstantkraftfedern— gleiche konstante Kraftabgabe, jedoch mit Schnellwechsel-Clipmontage statt eingepresster Nabe.

    [PRODUKTFOTO: Aufsteck-Konstantkraftfedern — hier einfügen]

  • Tellerfedern— eine konische Ausführung aus Flachmaterial (Belleville-, Wellen- und gewölbte Varianten), ausgelegt für hohe Kräfte bei sehr geringem axialem Bauraum statt für lange lineare Verfahrwege.

Werkstoffe

Edelstahl 301/302 ist die Standardwahl, wenn Korrosionsbeständigkeit oder Nassreinigungsumgebungen maßgeblich sind — in diesem Werkstoff wird die lagerhaltige Konstantkraft-Serie von LILY ausgeliefert. Gemäß DIN 17224, der Norm für Federband aus Edelstahl, liegt die praxisgerechte Einsatztemperatur von federhartem Edelstahlband je nach Belastung bei rund 120–250°C (250–480°F). Der begrenzende Faktor ist die Spannungsrelaxation, nicht die Oxidation — das Band verliert seine Federwirkung allmählich, lange bevor das Metall selbst durch Wärme beschädigt würde.

Federbandstahl 1074/1075 aus Kohlenstoffstahl ist kostengünstiger und deckt die meisten trockenen, innenliegenden und nicht korrosiven Anwendungen ab, verliert seine Federhärte jedoch bei deutlich niedrigeren Temperaturen als Edelstahl. Berylliumkupfer kommt dort zum Einsatz, wo elektrische Leitfähigkeit und Federeigenschaften gleichzeitig gefordert sind, etwa bei Kontaktfedern.

Die passende Flachfeder auswählen

Ausgangspunkt ist das vom Anwendungsfall geforderte Kraftprofil – konstant, ansteigend oder hohe Last bei kurzem Hub –; damit lässt sich die Auswahl bereits auf Konstantkraftfedern, variable Federn oder Tellerfedern eingrenzen. Anschließend bestimmen die Umgebungsbedingungen das Material, während die Einbausituation die Befestigungsart vorgibt (auf Trommel, zum Aufclipsen oder als verschraubter Federsatz).

Bei der Werkstoffwahl sollte man nicht pauschal davon ausgehen, dass Edelstahl einfach die robustere Variante ist: 301/302 ist nicht zwangsläufig ermüdungsbeständiger als ein hochwertiger Federbandstahl aus Kohlenstoffstahl; gewählt wird er vor allem wegen der Korrosionsbeständigkeit, nicht wegen einer höheren Zyklenfestigkeit. Entscheidend ist vielmehr: Wenn das Bauteil häufige Biegewechsel erfährt und in feuchter Umgebung, bei Reinigungsprozessen oder im Außenbereich eingesetzt wird, sollte Edelstahl von Anfang an spezifiziert werden.

Ein beschichteter Streifen aus Kohlenstoffstahl kann bei reiner Trockenwechselbeanspruchung durchaus zuverlässig funktionieren. Sobald jedoch die Beschichtung durch wiederholtes Biegen verschleißt, werden freigelegte Korrosionsnarben zu Rissausgangsstellen: Der Schadensmechanismus verlagert sich von einfacher Ermüdung zur Korrosionsermüdung, und das Bauteil kann deutlich vor Erreichen der angegebenen Trockenwechsel-Lebensdauer ausfallen. In trockenen Umgebungen mit geringem Korrosionsrisiko spielt beschichteter Kohlenstoffstahl seinen Kostenvorteil aus.

Als konkreten Referenzpunkt können Sie auf LILYs Lagerware-Konstantkraftfeder JCJDKBBC aus 0.004 in. 301 Edelstahl mit einer Auslegung auf rund 3,000 Zyklen zurückgreifen – siehe unserenLeitfaden zu Konstantkraftfedernfür die vollständige Spezifikationsübersicht – ein sinnvoller Ausgangspunkt, wenn Sie eine Auslegung in derselben Lastklasse vornehmen.

Anwendungen nach Typ

Jeder Flachfeder-Typ findet sich typischerweise in einem anderen Bereich derselben Grundaufgabe wieder: Kräfte auf kompakter Bauraum kontrolliert bereitzustellen:

  • Konstantkraftfedern– für Kabel- und Schlauchaufroller, Fenstergegengewichte sowie Rückführungen von Werkzeugköpfen.

  • Variabelkraftfedern– für ergonomische Spannvorrichtungen und Trainingsgeräte, bei denen der Widerstand während der Bewegung ansteigen oder abfallen soll und nicht konstant bleiben darf.

  • Aufsteckbare Konstantkraftfedern– mit denselben Einsatzfällen wie Standard-Kstantkraftfedern in Gegenwicht- und Aufrolleranwendungen, jedoch für Baugruppen, bei denen sich die Feder ohne Demontage der Trommel austauschen lassen muss.

  • Tellerfedern– zum Vorspannen von Schraubverbindungen, zum Ausgleich thermischer Längenänderungen in Flanschverbindungen und zum Beseitigen axialen Spiels in Lageranordnungen.

Flachfeder vs. Spiralfeder

[PRODUKTFOTO: Rotorfeder – hier einfügen]

ARotorfeder(Feder für Antrieb/Motor) wird ebenfalls aus Flachmaterial gewickelt, ist jedoch darauf ausgelegt, Rotationsenergie über viele Windungen zu speichern und das Drehmoment in einem Rückhub freizugeben — nicht, eine konstante lineare Kraft zu erzeugen. Benötigen Sie eine gleichmäßige Zug- oder Druckkraft? Dann sind die oben genannten Flachfeder-Typen die richtige Wahl. Benötigen Sie einen federbelasteten Rücklauf? Dann handelt es sich um eine Rotorfeder und nicht um eine Flachfeder im hier verwendeten Sinn.

FAQ

Ist eine Flachfeder dasselbe wie eine Blattfeder im Fahrzeugbau?

Beide gehören zu den Federn aus Flachmaterial, jedoch ist eine Blattfeder eine robuste Ausführung für geringe Lastwechselzahlen, die Stöße aufnimmt und statische Lasten in Fahrwerksystemen abstützt. Die hier behandelten Flachfedern — Konstantkraft- und Variabelkraftfedern — sind Präzisionsbauteile für hohe Lastwechselzahlen, ausgelegt für lineare Kraftübertragung und Bewegungssteuerung. Gleiches Ausgangsmaterial, anderes konstruktives Ziel.

Können Flachfedern für eine bestimmte Baugruppe kundenspezifisch geformt werden?

Ja. Flachmaterial kann gestanzt, fotogeätzt oder per Laser geschnitten werden, sodass kundenspezifische Ausführungen von Biegefeder- und Kontaktfederformen gängig sind. Das ist ein eigener Anpassungsweg gegenüber gewickelten Konstantkraft- und Variabelkraftfedern, die über Streifenbreite, Materialstärke und Spulendurchmesser und nicht über die Konturform abgestimmt werden.