Jede Federauslegung besteht aus zwei Stufen:
1. Dem Funktionsnachweis, mit der Überprüfung der Dimensionen, Federrate, Kräfte, Federwege und Schwingungsverhalten.
2. Dem Festigkeitsnachweis, mit der Überprüfung der Einhaltung der zulässigen Spannung, bzw. Dauerfestigkeit.

Druckfeder Formelerklärung

Funktionsnachweis

Für zylindrische Druckfedern aus Draht mit Kreisquerschnitt gilt.

Federrate:

Druckfeder Formel - Federrate

aus R=F/s folgt …

Federkraft:

Druckfeder Formel - Federkraft

sowie …

Federweg:

Druckfeder Formel - Federweg

 

Festigkeitsnachweis

Nach Festlegung der Federdimensionen muss der Festigkeitsnachweis geführt werden. Dazu wird die vorhandene Schubspannung ermittelt.

Spannung aus Kraft:

Druckfeder Formel - Spannung aus Kraft

Spannung aus Weg:

Druckfeder Formel - Spannung aus Weg

 

Während die Schubspannung Ʈ für die Auslegung statisch oder quasistatisch beanspruchter Federn heranzuziehen ist, gilt die korrigierte Schubspannung Ʈk für dynamisch beanspruchte Federn. Die Schubspannungsverteilung im Drahtquerschnitt einer Feder ist ungleichmäßig. Die höchste Spannung tritt am Federinnendurchmesser auf. Mit dem Spannungskorrekturfaktor „k“, der vom Wickelverhältnis (Verhältnis von mittlerem Durchmesser „D“ zur Drahtstärke „d“) der Feder abhängt kann die höchste Spannung annähernd ermittelt werden. Für dynamisch beanspruchte Federn ergibt sich also:

Korrigierte Schubspannung: Ʈk = k · Ʈ

wobei für k gilt (nach Bergsträßer):

Druckfeder Formel - k-Wert nach Bergsträsser

Nun erfolgt der Vergleich mit der zulässigen Spannung. Diese ist wie folgt definiert:

Zulässige Spannung:

Druckfeder Formel - Zulässige Spannung

Druckfeder Formel - Zulässige Spannung bei Blocklänge

Die Werte für die Mindestzugfestigkeit Rm sind von der Drahtstärke abhängig und in den Normen der entsprechenden Werkstoffe zu finden. In der Regel müssen sich Druckfedern bis zur Blocklänge zusammendrücken lassen, deshalb ist die zulässige Spannung bei Blocklänge Ʈczul zu berücksichtigen. Bei dynamischer Beanspruchung müssen Unter- und Oberspannung (Ʈk1 und Ʈk2) des entsprechenden Hubes ermittelt werden. Die Differenz ist die Hubspannung. Sowohl die Oberspannung als auch die Hubspannung dürfen die entsprechenden zulässigen Werte nicht überschreiten. Diese sind den Dauerfestigkeitsschaubildern der EN 13906-1 zu entnehmen, oder im Federnberechnungsprogramm WinFSB zu überprüfen (Video Druckfederberechnung mit WinFSB). Halten die Spannungen diesem Vergleich stand, ist die Feder dauerfest bei einer Grenzlastspielzahl von 107

Funktions- und Festigkeitsnachweis bei Druckfedern

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.