Schwingfestigkeit von Tellerfedersäulen in Abhängigkeit von Schichtung, Werkstoff- und Fertigungszustand

Tellerfedern und Tellerfedersäulen finden ihre praktische Anwendung im Maschinen-, Fahrzeug- und Anlagenbau, wobei ihre Zuverlässigkeit oft nicht nur für die Funktion von Komponenten von maßgebender Bedeutung ist, sondern auch für die Sicherheit von Anlagen und Personen entscheidend sein kann (z. B. Einsatz im Sicherungselement für Seilbahnen oder Aufzüge). In vielen Anwendungen werden die Federn schwingend beansprucht, weshalb eine Kenntnis ihrer Schwingfestigkeitseigenschaften von großer Bedeutung ist. Die Lebensdauerwerte einzelner Tellerfedern sind in der Form von Zeit- und Dauerfestigkeitsschaubildern in DIN 2093 genormt. Diese Diagramme gehen auf umfangreiche Untersuchungen von Hertzer und Schremmer in den Jahren 1959 bzw. 1965 zurück. Sie gelten ausschließlich für nicht kugelgestrahlte Federn aus Edelstählen, die wahlweise nach den Vorschriften von DIN 17221 oder DIN 17222 hergestellt wurden. Die Zeit- und Dauerfestigkeitsschaubilder in DIN 2093 haben Gültigkeit für einzelne Federn und Federsäulen in wechselsinniger Schichtung mit bis zu zehn Elementen. Für Tellerfedern anderer Werkstoffe als in DIN 17221 oder DIN 17222 beschrieben sowie andere Schichtungen liegen bis heute keine hinreichenden Schwingfestigkeitswerte vor. Aufgrund der Reibungsverhältnisse in einer Tellerfedersäule mit mehr als zehn Federn teilt sich der Gesamtfederweg ungleichmäßig auf die einzelnen Tellerfedern auf. Deshalb ist es nicht möglich, eine realistische Lebensdauerabschätzung einer großen Tellerfedersäule aus den Schwingfestigkeitseigenschaften einer einzelnen Tellerfeder abzuleiten. Aufgrund der zuvor erläuterten Ausgangssituation wurden in der vorliegenden Arbeit Tellerfedern hinsichtlich der Verwendung neuerer Wärmebehandlungsverfahren, der Verwendung von nichtrostenden Werkstoffen, der Wirkung des Kugelstrahlens auf die zuvor genannten Wärmebehandlungsverfahren, bzw. Werkstoffe sowie des Einflusses von verschiedenen Schichtungsmöglichkeiten in Kombination mit unterschiedlichen Tellerfedergeometrien untersucht.