Das Goodman-Diagramm ermöglicht die Darstellung der Dauerfestigkeit von Schraubenfedern. Zurückzuführen ist es auf das Smith-Diagramm. Dieses wird für die Berechnung der Dauerfestigkeit dynamisch beanspruchter Bauteile, bei denen die Belastung schwellend oder wechselnd ist, verwendet. Im Goodman-Diagramm wird hingegen nur die schwellende Belastung erfasst. Denn Schraubenfedern, wie Druckfedern oder Zugfedern, werden jeweils nur in eine Richtung beansprucht – entweder auf Zug oder auf Druck.

Wie wird die Dauerfestigkeit von Schraubenfedern ermittelt?

Als Grundlage für die Federnberechnung dient das Smith-Diagramm. Dieses wiederum richtet sich nach dem Wöhler-Verfahren, mit dem die Betriebsfestigkeit unterschiedlicher Bauteile erfasst wird.

Ermittlung der Wöhlerkurve

Mit geeigneten Probemaschinen werden Schraubenfedern so lange Schwingversuchen mit unterschiedlich hohen Spannungsausschlägen ausgesetzt, bis das Material bricht oder eine ausreichende Anzahl der Proben die Grenzschwingspielzahl ohne Bruch erreicht. Die Zeit- und Dauerfestigkeitswerte werden in einem Wöhler-Diagramm festgehalten und die Nennspannungsamplitude darin über der Schwingspielzahl dargestellt. Durch die Anwendung statischer Auswerteverfahren erhält man als Begrenzung des Streufeldes die sogenannten Wöhler-Linien. Die Überlebenswahrscheinlichkeit der Proben beträgt damit 90 Prozent.

Woehler-Diagramm Schraubenfedernn
Wöhler-Linie aus Dauerschwingversuch

Ableitung des Smith-Diagramms

Beispiel Smith-Diagramm
Beispiel Smith-Diagramm © Ingenieurkurse.de

Aus der Vielzahl von Wöhler-Linien, die für unterschiedliche Beanspruchungsverhältnisse ermittelt wurden, entsteht das Dauerfestigkeitsschaubild nach Smith. Dieses beinhaltet sowohl Wechsel- als auch Schwellfestigkeiten und dient als Grundlage für das daraus abgeleitete vereinfachte Goodman-Diagramm.

Das Dauerfestigkeitsschaubild von Goodman

Das abgebildete Goodman-Diagramm stellt den möglichen Dauerfestigkeitsbereich des Federwerkstoffes zwischen der Oberspannung ƬkO und der Unterspannung ƬkU für eine Lastspielzahl von 107 Lastwechseln dar. Die Druckfeder ist dauerfest, wenn die berechnete Hubspannung ƬkH (Ƭk1 bis Ƭk2) innerhalb des eingegrenzten Dauerfestigkeitsbereiches bleibt.

Goodman-Diagramm dauerfest
Goodman-Diagramm dauerfest / Grafik Federnberechnung WinFSB

Ragt die Hubspannung im Goodman-Diagramm jedoch über die Dauerfestigkeitsgrenze hinaus, ist die Metallfeder nicht dauerfest und muss erneut berechnet werden:

Goodman-Diagramm nicht dauerfest
Goodman-Diagramm nicht dauerfest / Grafik Federnberechnung WinFSB

Das Goodman-Diagramm wird bei der Dauerfestigkeitsberechnung von Druckfedern im Federnberechnungsprogramm WinFSB ausgewiesen.

 

 

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Goodman-Diagramm

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