Eine Flachfeder ist jede Feder, die nicht aus Runddraht, sondern aus einem flachen Metallband oder Blech gefertigt ist und so ausgelegt wird, dass sie sich biegt, elastisch verformt oder aufwickelt, während sie mechanische Energie speichert und wieder abgibt. Da der Querschnitt rechteckig statt rund ist, lässt sich aus demselben Grundwerkstoff eine flache, ansteigende oder gestufte Federkennlinie erzielen – allein durch die Art der Aufwicklung.
Flachfeder vs. Drahtfeder
Eine Drahtfeder speichert Energie im Wesentlichen über die Torsion des aufgewickelten Drahtes. Ein Flachband nimmt die Energie dagegen überwiegend über die Biegung quer zur Bandbreite auf. Auf den ersten Blick wirkt dieser Unterschied gering, er ist jedoch entscheidend: Nur so lässt sich ein Flachband eng auf sich selbst aufwickeln – genau das Konstruktionsprinzip von Konstant- und Variablkräftenfedern – und Flachmaterial lässt sich zudem besonders gut zu kundenspezifischen Kontakt- und Schaltfedern stanzen oder fotochemisch ätzen.
Haupttypen von Flachfedern
Alle nachfolgend aufgeführten gewickelten Ausführungen gehören bei LILY zu denBandfedern-Kategorie:
Konstantkraftfedern— gewickeltes Flachband mit nahezu null Kraftanstieg nach dem Anfangsweg.
Variablkräftenfedern— konstruktiv veränderter Radius für eine ansteigende oder degressive Federkennlinie.
Aufsteckbare Konstantkraftfedern— gleiche konstante Kraftabgabe, jedoch mit Schnellwechsel-Clipbefestigung statt eingepresster Nabe.
Tellerfedern— eine konische Ausführung aus Flachmaterial (Belleville-, Wellen- und gekrümmte Varianten), ausgelegt auf hohe Lasten bei sehr geringem axialem Bauraum statt auf großen linearen Hub.
Werkstoffe
301/302 Edelstahl ist die Standardwahl, wenn Korrosionsbeständigkeit oder Washdown-Umgebungen gefordert sind – in diesem Werkstoff liefert LILY seine serienmäßige Konstantkraft-Reihe aus. Nach DIN 17224, dem Federband-Standard für nichtrostenden Stahl, liegt die praxisübliche Einsatztemperatur von federhartem Edelstahlband je nach Belastung bei etwa 120–250°C (250–480°F). Der begrenzende Faktor ist die Spannungsrelaxation, nicht die Oxidation – das Band verliert seine Vorspannung allmählich lange bevor der Werkstoff selbst durch Hitze geschädigt würde.
1074/1075 Kohlenstoff-Federstahl 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 Federwirkung gleichzeitig gefordert sind, etwa bei Kontaktfedern.
So wählen Sie die passende Flachfeder
Gehen Sie zunächst vom erforderlichen Kraftverlauf der Anwendung aus — konstant, ansteigend oder hoher Lastbereich bei kurzem Hub —; allein dadurch lässt sich die Auswahl bereits auf Konstantkraftfedern, Federkennlinien mit variabler Kraft oder Tellerfedern eingrenzen. Anschließend bestimmen die Umgebungsbedingungen das Material, und die Einbausituation legt die Befestigungsart fest (trommelmontiert, aufclipsbar oder verschraubter Federsatz).
Beim Werkstoff gilt nicht pauschal die Annahme, Edelstahl sei einfach die robustere Variante: 301/302 ist nicht zwangsläufig ermüdungsfester als ein hochwertiger Kohlenfederstahl; gewählt wird er vor allem wegen der Korrosionsbeständigkeit, nicht wegen einer höheren Zyklenfestigkeit. Entscheidend ist vielmehr: Wenn das Bauteil häufigen Biegewechseln ausgesetzt ist und in feuchter, reinigungsintensiver oder Außenumgebung eingesetzt wird, sollte Edelstahl von Beginn an spezifiziert werden.
Ein beschichteter Streifen aus Kohlenstahl kann bei reiner Trockenwechselbeanspruchung durchaus zuverlässig funktionieren. Sobald jedoch die Beschichtung durch wiederholtes Biegen abgetragen ist, werden freiliegende Korrosionsnarben zu Ausgangspunkten für Rissbildung — der Ausfallmechanismus verschiebt sich von reiner Ermüdung zu Korrosionsermüdung, und das Bauteil kann deutlich vor Erreichen seiner angegebenen Trockenwechsel-Lebensdauer versagen. In trockenen Umgebungen mit geringem Korrosionsrisiko spielt beschichteter Kohlenstahl seinen Kostenvorteil aus.
Als konkreten Referenzwert bietet sich die Standard-Konstantkraftfeder JCJDKBBC von LILY an: Sie besteht aus 0.004 in. 301 stainless und ist für rund 3,000 Zyklen ausgelegt — siehe unserenLeitfaden zu Konstantkraftfedernfür die vollständigen technischen Angaben — ein sinnvoller Ausgangspunkt, wenn Sie eine Auslegung in derselben Lastklasse vornehmen.
Anwendungen nach Federtyp
Jeder Flachfedertyp findet typischerweise in einem anderen Teilaspekt derselben Grundaufgabe Anwendung — nämlich der kontrollierten Kraftübertragung in kompakter Bauform:
Konstantkraftfedern— in Kabel- und Schlauchaufrollern, bei Fenstergegengewichten sowie für Rückführungen von Werkzeugköpfen.
Variable Kraftfedern— in ergonomischen Spannsystemen und Trainingsgeräten, bei denen der Widerstand im Bewegungsablauf zu- oder abnehmen soll und nicht konstant bleibt.
Aufclipsbare Konstantkraftfedern— für dieselben Einsatzfälle wie Standard-Konstantkraftfedern, also zur Gewichtsausgleichs- und Rückholfunktion, jedoch in Baugruppen, bei denen der Federwechsel ohne Demontage der Trommel erfolgen muss.
Tellerfedern— zum Vorspannen verschraubter Verbindungen, zum Ausgleich thermischer Längenänderungen in Flanschverbindungen und zum Beseitigen von Axialspiel in Lageranordnungen.
Flachfeder vs. Rotorfeder
EineRotorfeder(Kraftfeder/Motorfeder) wird ebenfalls aus Flachmaterial gewickelt, ist jedoch darauf ausgelegt, über viele Windungen Rotationsenergie zu speichern und das Drehmoment in einem Rückhub wieder abzugeben — nicht eine konstante lineare Kraft zu erzeugen. Benötigen Sie eine gleichmäßige Zug- oder Druckkraft? Dann sind die oben genannten Flachfedertypen die richtige Wahl. Benötigen Sie eine federbelastete Rückwicklung? Dann handelt es sich um eine Rotorfeder und nicht um eine Flachfeder im hier verwendeten Sinne.
FAQ
Ist eine Flachfeder dasselbe wie eine Blattfeder im Kraftfahrzeug?
Beides sind Flachfederkonstruktionen, jedoch ist eine Blattfeder eine robuste Ausführung für hohe Lasten mit geringer Lastwechselzahl, die in Fahrwerksystemen Stöße aufnehmen und statische Lasten tragen soll. Die hier behandelten Flachfedern — Konstantkraft- und Variabelkraftfedern — sind Präzisionsbauteile für hohe Lastwechselzahlen, ausgelegt für lineare Kraftverläufe und Bewegungssteuerung. Gleicher Ausgangswerkstoff, aber deutlich unterschiedliches konstruktives Ziel.
Können Flachfedern für eine bestimmte Baugruppe kundenspezifisch geformt werden?
Ja. Flachmaterial kann gestanzt, fotogeätzt oder per Laser geschnitten werden, weshalb kundenspezifische Ausführungen für Krag- und Kontakfedern üblich sind. Dies ist ein anderer Weg der Anpassung als bei gewickelten Konstantkraft- und Variabelkraftfedern, die über Streifenbreite, Materialdicke und Spulendurchmesser und nicht über die Außenkontur ausgelegt werden.
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