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Beschreibung
Druckfedern aus 51CrV4 (Werkstoff 1.8159) werden aus einem legierten Vergütungsstahl nach DIN EN 10089 gefertigt. Der Chromanteil verbessert die Einhärtbarkeit und Zugfestigkeit des Drahts; das Vanadium verfeinert die Kornstruktur und erhöht damit die Zähigkeit sowie den Widerstand gegen Schwingbruch. Die typische Zugfestigkeit nach Vergütung beträgt 1.450 N/mm². Gegenüber Standardfederstahl 1.1200 halten die Federn höhere Betriebstemperaturen und Lastwechselzahlen aus – besonders bei großen Drahtdurchmessern ab 16 mm.Die Federn sind kaltgeformt, mit konstantem Wicklungsdurchmesser, konstanter Steigung und angelegten Endwindungen nach DIN 2098. Sie besitzen eine lineare Federkennlinie; die Hauptbeanspruchungsrichtung liegt in der Federachse. Das Fertigungsverfahren umfasst eine Kugelstrahlbehandlung (Shot Peening), die Druckeigenspannungen in die Oberfläche einbringt und die Dauerschwingfestigkeit deutlich erhöht. Die Federn sind nicht vorgesetzt; ungesetzte Federn können länger als die Nennlänge L0 sein. Diese Abweichung ist bei der Einbauplanung einzurechnen.
Zum Schutz der hochbeanspruchten Stahloberfläche trägt jede Feder eine Zinklamellen-Beschichtung (Delta Tone, silber) mit einer Basisschichtdicke von 7 µm. Diese Beschichtung verursacht keine Wasserstoffversprödung und ist damit für hochfeste Stähle geeignet, wo galvanische Verfahren (Chrom, Zink, Nickel) versagen oder die Dauerschwingfestigkeit mindern. Die Farbe der Beschichtung kennzeichnet die Belastungsklasse nach ISO 10243 und erlaubt die schnelle visuelle Identifikation im Werkzeug.
Die Federn entsprechen in Abmessungen und Qualität DIN 2098 und DIN 2095 Gütegrad 1 (gemäß EN 15800). Standardmaße sind ab Lager verfügbar; Zwischenmaße können ebenfalls geliefert werden. Die Wicklungsrichtung ist standardmäßig rechts.
Merkmale
- Werkstoff51CrV4 (Werkstoff 1.8159) nach DIN EN 10089
- Zugfestigkeit (Rm)1.450 N/mm² (typisch vergütet)
- FederkennlinieLinear
- Betriebstemperatur-20 °C bis +150 °C (dauerhaft); bis +180 °C (Sonderfall)
- EndwindungenAngelegt und plangeschliffen oder angelegt und ungeschliffen (je nach Drahtdurchmesser)
- WicklungsrichtungStandard rechts; links auf Anfrage
- QualitätsnormDIN 2095 Gütegrad 1 (EN 15800)
- AbmessungsnormDIN 2098
- MaterialnormDIN EN 10089
- KonformitätISO 10243
- OberflächenbehandlungKugelgestrahlt (Shot Peening) + Zinklamellen-Beschichtung Delta Tone, Basisschicht 7 µm
- VorgesetztNein; ungesetzte Federn können länger als L0 sein
- dDrahtdurchmesser (mm)
- Dmittlerer Windungsdurchmesser (mm)
- Deäußerer Windungsdurchmesser (mm)
- Diinnerer Windungsdurchmesser (mm)
- DdDurchmesser des Führungsdorns (mm)
- DhDurchmesser der Führungshülse (mm)
- L0Länge der unbelasteten Feder (mm)
- Lnzulässige Federlänge bei Federkraft Fn (mm)
- LcBlocklänge (mm)
- mSteigung (mm)
- nAnzahl der wirksamen Windungen
- ntGesamtzahl der Windungen
- e1Abweichung der Mantellinie (mm)
- e2Abweichung von der Parallelität (mm)
- FFederkraft (N)
- FnFederkraft bei Federlänge Ln, statische Belastung (N)
- Fctheoretische Federkraft bei Blocklänge Lc (N)
- RFederrate (N/mm)
- sFederweg (mm)
- snFederweg bei Federkraft Fn (mm)
- shArbeitshub (mm)
- MFedermasse (g)
Vorteile
- Hohe Dauerschwingfestigkeit durch Vanadiumlegierung: Das Vanadium verfeinert das Korngefüge und erhöht den Widerstand gegen Schwingbruch bei Millionen von dynamischen Lastwechseln.
- Geringe Relaxation unter Dauerlast: Der Kraftverlust unter statischer Langzeitlast ist bei 51CrV4 deutlich geringer als bei Standardfederstahl 1.1200. Das hält den Anpressdruck über die gesamte Werkzeugstandzeit konstant.
- Dauerhaft bis +150 °C einsetzbar: Die Feder behält ihre Federeigenschaften auch bei dauerhaft erhöhten Betriebstemperaturen, anders als eine Feder aus Standardfederstahl 1.1200.
- Erhöhte Lebensdauer durch Shot Peening: Die Kugelstrahlbehandlung bringt Druckeigenspannungen in die Oberflächenschicht ein und hemmt die Entstehung von Mikrorissen unter dynamischer Belastung.
- Korrosionsschutz ohne Wasserstoffversprödung: Die Zinklamellen-Beschichtung (Delta Tone) verursacht keine Wasserstoffversprödung und ist damit für hochfeste Stähle geeignet, wo galvanische Beschichtungsverfahren versagen würden.
- Für große Drahtdurchmesser ausgelegt: Ab Drahtdurchmesser 16 mm bleiben die Federn dauerfest und nehmen dort hohe Kräfte auf.
Einsatzgebiete
- Stanz- und Schnittwerkzeuge
- In Stanzwerkzeugen halten diese Hochleistungsdruckfedern Niederhalter und Blechhalter gespannt. Die geringe Relaxation des 51CrV4-Werkstoffs sichert konstante Niederhaltekräfte über mehrere Millionen Hübe.
- Tiefziehpressen und Umformwerkzeuge
- Als Federspeicher in Blechhaltern und Auswerferplatten von Tiefziehwerkzeugen liefern diese Federn hohe Kräfte auf kleinem Bauraum bei gleichzeitig geringer Setztendenz.
- Schwingungsdämpfer und Kupplungen in Schwermaschinen
- Kupplungs- und Bremsfederungen in Großpressen und Schwermaschinen erfordern hohe Federkräfte und Dauerfestigkeit. 51CrV4-Federn halten den dynamischen Wechsellasten dieser Aggregate stand.
- Landmaschinen und Bodenbearbeitungsgeräte
- Als Federelement in Grubbersternen, Pflugfedern und Säscharen nehmen diese Federn stoßartige Belastungen durch Bodenunebenheiten auf, ohne dauerhaft zu relaxieren.
- Hochtemperaturumgebungen in der Produktion
- In Schmiedeeinrichtungen, Gießereimaschinen und Öfen mit dauerhaften Betriebstemperaturen bis +150 °C ersetzt 51CrV4 den Standardfederstahl 1.1200.
- Federbelastete Ventile und Rückschlagmechanismen
- In hydraulischen und pneumatischen Ventilen mit beengtem Einbauraum erreichen diese Federn hohe Schließkräfte bei kleinem Außendurchmesser, wo Standardfedern gleicher Federkraft mehr Platz beanspruchen würden.
Do's and Dont's
Do's:- Belastungsklasse (Beschichtungsfarbe) anhand der Auslegungsanforderungen vor dem Einbau prüfen
- Schlanke Federn auf Dorn oder in Hülse führen und Kontaktstellen schmieren
- Längenabweichung ungesetzter Federn gegenüber L0 bei der Konstruktion des Federwegs einrechnen
- Federn trocken, kühl und UV-geschützt lagern; Kontakt mit Säuren und Laugen vermeiden
- Auflager vor der Montage auf Grate und Beschädigungen kontrollieren
- Feder im normalen Betrieb nicht auf Blocklänge Lc zusammendrücken.
- Schlanke Federn nicht ohne Führung einbauen (Knickgefahr)
- Nicht bei Temperaturen über +150 °C dauerhaft einsetzen; bei Bedarf bis +180 °C HENNLICH vorab kontaktieren
Montage
- Feder vor dem Einbau auf Risse, Verformungen und Beschädigungen an der Beschichtung prüfen.
- Einbauflächen (Auflager) auf Grate, Verschmutzung und Unebenheiten kontrollieren. Schiefe oder instabile Auflageflächen erhöhen die Knickgefahr.
- Schlanke Federn (großes Längen-Durchmesser-Verhältnis) auf einem Dorn oder in einer Hülse führen. Dorn- und Hülsenmaße aus den Katalogmaßtabellen entnehmen; Kontaktstellen zwischen Feder und Führung schmieren.
- Dynamisch hochbelastete Federn mit ausreichend großer Knicksicherheit einbauen. Bereits geringes Ausknicken verkürzt die Lebensdauer unter Wechsellast erheblich.
- Nicht vorgesetzte Federn können länger als die Nennlänge L0 sein. Diese Abweichung bei der Auslegung des Federwegs berücksichtigen.
- Für parallele oder gestapelte Federanordnungen nur Federn gleicher Belastungsklasse (gleiche Beschichtungsfarbe) kombinieren.
FAQ
- Worin unterscheidet sich 51CrV4 (Werkstoff 1.8159) von Standard-Federstahl 1.1200?
Die Federn sind dauerhaft bis +150 °C einsetzbar und damit höher belastbar als Federn aus Standardfederstahl 1.1200. Der Vanadiumanteil verfeinert das Korngefüge und erhöht dadurch den Widerstand gegen Schwingbruch bei dynamischen Lasten. Ab Drahtdurchmesser 16 mm erreichen die Federn eine höhere Dauerfestigkeit bei gleichem Bauraum nach DIN EN 10089.
- Bis zu welcher Temperatur sind diese Druckfedern dauerhaft einsetzbar?
Dauerhaft bis +150 °C; kurzzeitige Spitzen bis +180 °C sind in Sonderfällen möglich. Unterhalb von -20 °C ist kein regulärer Betrieb vorgesehen. Für Dauerbetrieb über +150 °C empfiehlt HENNLICH eine individuelle Auslegungsprüfung.
- Was bedeutet die Farbe der Zinklamellen-Beschichtung?
Die Beschichtungsfarbe kennzeichnet die Belastungsklasse nach ISO 10243: grün für leichte, blau für mittlere, rot für hohe und gelb für sehr hohe Belastung. Diese Zuordnung gilt nur für ISO-10243-konforme Federn. Das JIS-System verwendet abweichende Farben für dieselben Belastungsklassen und darf nicht als Referenz herangezogen werden.
- Müssen diese Druckfedern vor dem Einbau vorgesetzt werden?
Die Federn werden nicht vorgesetzt geliefert und können länger als die Nennlänge L0 sein. Gezieltes Vorsetzen kann als Zusatzleistung bei HENNLICH beauftragt werden.
- Wie vermeide ich das Ausknicken schlanker Druckfedern?
- Feder auf Dorn (Maß Dd) oder in Hülse (Maß Dh) führen; Maße aus der Katalogmaßtabelle entnehmen.
- Kontaktstellen zwischen Feder und Führung schmieren.
- Knicksicherheit ausreichend groß wählen: schon leichtes Ausknicken verkürzt die Lebensdauer dynamisch belasteter Federn stark.
- Lassen sich ISO-10243-konforme Druckfedern verschiedener Hersteller kombinieren?
Ja, wenn Außendurchmesser De, Freilänge L0 und die Führungsmaße (Dorn Dd, Hülse Dh) übereinstimmen und die Belastungsklasse identisch ist. Federn verschiedener Belastungsklassen dürfen ohne Auslegungsrechnung nicht parallel oder gestapelt kombiniert werden.
- Was bringt das Kugelstrahlen (Shot Peening) zusätzlich zur Wärmebehandlung?
Die Wärmebehandlung entspannt Fertigungsspannungen und erhöht die Dauerschwingfestigkeit. Das Kugelstrahlen bringt darüber hinaus Druckeigenspannungen in die Oberflächenschicht und hemmt die Entstehung sowie Ausbreitung von Mikrorissen. Beide Verfahren zusammen ergeben die höchste erreichbare dynamische Lebensdauer für kaltgeformte Druckfedern.