Berechnung der Federn

Inhalt:

• Steuerung und Syntax
• Projektinformationen
• Theorie - Grundlagen
  - Druckfedern
  - Kegelförmige Federn
  - Tellerfedern
  - Zugfedern
  - Blattfedern
  - Drehstabfedern
  - Spiralfedern
  - Verdrehungsfedern
• Berechnungsverfahren
• Federwerkstoffes, Betriebsparameter
• Schraubdruckfedern - runder Querschnitt
• Schraubdruckfedern - rechteck. Querschnitt
• Kegelförmige Federn - runder Querschnitts
• Kegelförmige Federn - rechteck. Querschnitt
• Tellerfedern
• Schraubzugfedern - runder Querschnitts
• Schraubzugfedern - rechteck. Querschnitt
• Spiralfedern
• Verdrehungsfedern - runder Querschnitts
• Verdrehungsfedern - rechteck. Querschnitt
• Drehstabfedern mit rundem Querschnitt
• Drehstabfedern mit rechteck. Querschnitt
• Einfache Blattfedern mit konstanten Profil
• Einfache Blattfedern mit Parabelprofil
• Geschichtete Blattfedern
• Kontrolle der zyklisch belasteten Feder
• Einstellung, Sprachenänderung
• Benutzerspezifische Anpassungen

Berechnung der Federn

Die Berechnung ist bestimmt für den geometrischen und Festigkeitsentwurf der metallischen Federn, verschiedener Typen und Ausführungen, mit einer statischen bzw. zyklischen Belastung. Das Programm löst folgende Aufgaben:

1. Den geometrischen Entwurf und die Berechnung der Parameter des Arbeitszyklus für metallische Federn folgender Typen und Ausführung:

   • Zylindrische Schraubdruckfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts
   • Zylindrische Schraubdruckfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts
   • Kegelförmige Schraubdruckfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts
   • Kegelförmige Schraubdruckfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts
   • Tellerfedern
   • Zylindrische Schraubzugfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts
   • Zylindrische Schraubzugfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts
   • Spiralfedern
   • Zylindrische Verdrehungsfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts
   • Zylindrische Verdrehungsfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts
   • Drehstabfedern mit rundem Querschnitt
   • Drehstabfedern mit rechteckigem Querschnitt
   • Einfache Blattfedern mit konstanten Profil
   • Einfache Blattfedern mit Parabelprofil
   • Geschichtete Blattfedern

2. Den automatischen Entwurf (Aufsuche) der Feder mit geeigneten Maßen.

3. Statische und dynamische Festigkeitskontrolle.

4. Das Programm enthält eine Tafel mit üblich verwendeten Federwerkstoffen nach EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS, UNI, SIS, CSN und anderen.

In der Berechnung sind benutzt Daten, Verfahren, Algorithmen und Angaben aus der Fachliteratur und Normen EN 13906, DIN 2088, DIN 2089, DIN 2090, DIN 2091, DIN 2092, DIN 2093, DIN 2095, DIN 2096, DIN 2097.

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Steuerung, Struktur und Syntax der Berechnungen.

Die Informationen über die Syntax und die Bedienung der Berechnung finden Sie im Dokument "Steuerung, Struktur und Syntax der Berechnungen".

Projektinformationen.

Die Informationen über den Zweck, die Anwendung und die Bedienung des Absatzes "Projektinformation " finden Sie im Dokument "Projektinformationen".

Theorie - Grundlagen.

Die Federn sind für die Aufnahme und Speicherung der mechanischen Energie bestimmte Bauelemente, die auf dem Prinzip der elastischen Materialverformung arbeiten. Die Federn gehören zu den am meisten belasteten Maschinenelementen und werden üblich verwendet als:

• Energieabsorber für Antriebe oder Rücklaufausrüstungen
• Fangvorrichtungen von statischen und dynamischen Kräften
• Elemente zur Bildung von kraftschlüssigen Verbindungen
• Stoßdämpfer beim Schutz gegen Schwingungen
• Ausrüstungen zur Regelung und Messung der Kräfte

Die Federfunktion wird nach Verlauf und Größe ihrer Verformung in Abhängigkeit von der einwirkenden Belastung beurteilt.

Mit Rücksicht auf den Verformungsverlauf lassen sich Federn in drei grundlegende Typen unterteilen:

1. Federn mit einer linearen Kennlinie
2. Federn mit einer degressiven Kennlinie
3. Federn mit einer progressiven Kennlinie

Der Inhalt der Fläche W unter der Kennlinie der Feder stellt die bei der Belastung von einer Feder hergestellte Verformungsarbeit (Energie) dar. Die Verformungsenergie bei den mit Druck, Zug oder Biegung beanspruchten Federn ist mit der nachstehend aufgeführten Formel gegeben:

Bei den mit Verdrehung beanspruchten Federn:

Die Grundparameter der Feder, die die Funktionalität kennzeichnet, ist ihre Härte (Federrate). Die Federrate k gibt die Belastungsgröße (Kraft bzw. Moment) an, welche die Einheitsverformung der Feder (Verschiebung bzw. Verdrehung) verursacht.

Bei Federn mit einer linearen Kennlinie ist die Federrate konstant, bei anderen Federn ist die Federrate veränderlich.

Die Federn werden mit einer Vorspannung montiert, also im Zustand, wo eine Feder der kleinsten Arbeitsbelastung unterworfen ist. In Hinsicht auf die Federfunktion werden 4 Grundzustände der Federn unterschieden und gekennzeichnet:

Die oben angeführten Indexe werden in der Berechnung zur Kennzeichnung der einzelnen dem gegebenen Federzustand angehörenden Federparameter verwendet.

Die Differenz der Verformungen bei Federn im vollbelasteten und vorgespannten Zustand wird als der Arbeitshub der Feder H, a_H bezeichnet.

Vom Gesichtspunkt der Festigkeitskontrolle und der Standzeit werden bei den metallischen Federn zwei grundlegende Arten ihrer Belastung unterschieden:

1. Statische Belastung.
   Statisch oder mit einer niedrigeren Veränderlichkeit beanspruchte Federn, d. h. mit zyklischen Belastungsänderungen mit einer Anforderung auf die Standzeit weniger als 10⁵ Arbeitszyklen.
2. Zyklische (Ermüdungs-) Belastung.
   Federn mit einer Schwingungsbeanspruchung (dynamische Belastung), d. h. mit zyklischen Belastungsänderungen mit einer Anforderung auf eine Standzeit von 10⁵ Arbeitszyklen und höher.

Die metallischen Federn können in Gruppen in Hinblick auf manche Aspekte unterteilt werden. Als grundlegend kann die Unterteilung nach der Belastungsart und der Bauform der Feder gehalten werden. Die üblichsten Federtypen sind detailliert nachfolgend beschrieben:

Federn für die Belastung mit Axialkräften (Druck/Zug)
- Schraubenfedern
- Tellerfedern
- Ringfedern

Federn für die Belastung mit Querkräften (Biegung)
- Blattfedern
- Formfedern

Federn für die Belastung durch Drehmomente
- Drehstabfedern
- Spiralfedern
- Schraubenfedern

Zylindrische Schraubendruckfedern

Federn in Zylinderform, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spielraum zwischen den Arbeitswindungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren gegeneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt. Gewöhnlich sind die Druckfedern aus Drähten und Stäben des Kreisquerschnitts hergestellt. Die Federn mit einem Draht eines rechteckigen Querschnitts werden am häufigsten in Anwendungen benutzt, wo eine niedrige bauliche Federhöhe bei einer relativ höheren Belastung gefordert ist (Federn mit b>h).

Spezifische Eigenschaften

• Für kleine und mittlere Belastungskräfte geeignet
• Lineare Arbeitskennlinie
• Relativ niedrige Federrate
• Einfache Demontage und auch Montage
• Niedrige Herstellungskosten

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

Draht mit rundem Querschnitt	Draht mit rechteckigem Querschnitt

wo:
c ... Wickelverhältnis (c=D/d; c=D/b) [-]
b ... Drahtbreite [mm, in]
d ... Drahtdurchmesser [mm, in]
D ... Mittlerer Federdurchmesser [mm, in]
F ... Federbelastung [N, lb]
G ... Schubmodul [MPa, psi]
h ... Drahthöhe [mm, in]
k ... Federrate [N/mm, lb/in]
K_s ... Korrektionsfaktor einer Torsionsspannung [-]
L₀ ... Länge der unbelasteten Feder [mm, in]
L_S ... Blocklänge [mm, in]
n ... Anzahl der Arbeitswindungen [-]
p ... Abstand zwischen den Windungen [mm, in]
s ... Verformung (Einfederung) der Feder [mm, in]
e,y ... Formzahl [-] (siehe zum Beispiel DIN 2090)
t ... Torsionsspannung des Federmaterials [MPa, psi]

Korrektionsfaktor einer Torsionsspannung
Durch Windungsabrundung kommt es bei gewickelten Federn zu zusätzlichen Biegespannungen. Deshalb wird die Spannung in der Berechnung durch einen Korrektionsfaktor korrigiert.
Bei Federn mit Draht eines Kreisquerschnitts ist der Korrektionsfaktor für das gegebene Wickelverhältnis aus einigen diversen empirisch festgelegten Formeln bestimmt (Wahl, Bergsträsserr, Göhner, ...). In dieser Berechnung ist folgende Beziehung verwendet:

Bei Federn mit Draht eines rechteckigen Querschnitts ist der Korrektionsfaktor für das gegebene Wickelverhältnis und das Verhältnis b/h aus einschlägigen Nomogrammen bestimmt. In dieser Berechnung ist der Korrektionsfaktor schon in der Formzahl y einbezogen.

Empfohlene Federmaße

Auslegung der Federenden

Bei den Druckfedern benutzt man einige verschiedene Weisen der Auslegung der Federenden, die sich durch die Anzahl der Schluss- und bearbeiteten Windungen der Feder und durch die Ausführung der Stützfläche der Feder unterscheiden.

• Die Endwindungen sind äußere mit den Arbeitswindungen achsgleiche Randwindungen der Feder, deren Steigungswinkel bei der funktionellen Federverformung nicht geändert wird. Die Endwindungen bilden eine Stützfläche der Feder und in der Regel wird je eine Endwindung auf beiden Federenden benutzt.
• Die bearbeiteten Windungen sind Endwindungen der bearbeiteten Feder in der ebenen Fläche, rechtswinklig zur Federachse. In der Regel drei Vierteln oder eine Hälfte der Schlusswindung bis zu ihrem freien Ende bearbeitet. Die bearbeiteten Windungen werden üblich nur bei Federn mit einem Drahtdurchmesser d > 1 mm verwendet.

Die üblichsten Ausführungsarten der Federenden

1. Offenes Ende unbearbeitet: Der letzte Gang ist nicht mit der Nachbarwindung zusammengedrückt, die Stützfläche der Feder ist nicht bearbeitet
2. Offenes Ende bearbeitet: Der äußerste Gang ist nicht mit der Nachbarwindung zusammengedrückt, die Stützfläche der Feder ist in eine zur Federachse rechtwinkligen Ebene bearbeitet
3. Geschlossenes Ende unbearbeitet: Der äußerste Gang ist mit der Nachbarwindung zusammengedrückt (in Regel so, dass er an diese mit deren freiem Ende anliegt), die Stützfläche der Feder ist nicht bearbeitet
4. Geschlossenes Ende bearbeitet: Der äußerste Gang ist mit der Nachbarwindung zusammengedrückt, die Stützfläche der Feder ist bearbeitet

Kontrolle der Feder auf Knickung

Bei einer Druckfeder ist ihre Absicherung gegen Knickung immer zu kontrollieren. Die Kontrolle ist durch einen Vergleich der maximalen Arbeitsverformung der Feder mit der zugelassenen Verformung durchgeführt. Der Wert der zugelassenen Verformung ist aus Erfahrung für das gegebene Schlankheitsverhältnis der Feder L₀/D festgelegt und für den Typ der Federlagerung. Allgemein gilt, dass das Risiko einer möglichen Knickung mit dem zunehmenden Wert des Schlankheitsverhältnisses und der Arbeitseinfederung wächst. Einen schwerwiegenden Einfluss auf die mögliche Knickung hat dabei die Art der Federlagerung.

1. Festlagerung - Freilagerung
2. Gelenklagerung - Gelenklagerung
3. Festlagerung - Festlagerung mit seitlichem Vorschub
4. Festlagerung - Gelenklagerung
5. Festlagerung - Festlagerung

Die Feder, die nicht konstruiert werden kann als eine gegen Knickung abgesicherte, wird gewöhnlich von einem Dorn oder einer Führungsbüchse geführt. Wenn eine Gefahr dabei droht, dass es zu einer Beschädigung der Feder durch Reibung kommt, lässt sich die Feder in einige kürzere seriell angeordnete Federn teilen.

Linien der zugelassenen Verformung nach dem Typ der Federlagerung

Kegelförmige Schraubendruckfedern

Federn in Kegelform, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spielraum zwischen den Arbeitswindungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren gegeneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt. Die kegelförmigen Federn werden gewöhnlich verwendet, wenn die Federrate mit wachsender Einfederung steigen soll.

Spezifische Eigenschaften

• Für kleine und mittlere Belastungskräfte geeignet
• Nichtlineare (progressive) Arbeitskennlinie
• Relativ niedrige Federrate
• Einfache Demontage und auch Montage
• Niedrige Herstellungskosten

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

Bei der steigenden Einfederung einer kegelförmigen Feder stoßen ihre Arbeitswindungen auf die Nachbarwindungen nacheinander auf (zuerst die Windungen mit größtem Durchmesser). Diese Windungen nehmen an der weiteren Einfederung nicht mehr teil, was eine allmähliche Steigerung ihrer Federrate zur Folge hat. Die Arbeitskennlinie einer kegelförmigen Feder kann so in zwei Bereiche unterteilt werden:

1. dem Arbeitsbereich mit einer linearen Kennlinie (konstante Federrate) - F<F_C
2. dem Arbeitsbereich mit einer progressiven Kennlinie – nach Aufsetzen der ersten (der größten) aktiven Windungen - F>F_C

Die Größe der Grenzkraft F_C ist von dem Abstand zwischen den Windungen p abhängig, also auch von der gewählten freien Federlänge L₀. Mit einer steigenden Federlänge vergrößert sich auch die Grenzkraft F_C und der Arbeitsbereich mit konstanter Federrate vergrößert sich.

Draht mit rundem Querschnitt	Draht mit rechteckigem Querschnitt
I. dem Arbeitsbereich mit einer linearen Kennlinie F≤FC
II. dem Arbeitsbereich mit einer progressiven Kennlinie F>FC

wo:
c_min ... min. Wickelverhältnis (c_min=D_min/d; c_min=D_min/b)  [-]
c_max ... max. Wickelverhältnis (c_max=D_max/d; c_max=D_max/b)  [-]
b ... Drahtbreite [mm, in]
d ... Drahtdurchmesser [mm, in]
d_x .. Windungsdistance [mm, in]
D_min .. min. Mittlerer Federdurchmesser [mm, in]
D_max .. max. Mittlerer Federdurchmesser [mm, in]
F ... Federbelastung [N, lb]
G ... Schubmodul [MPa, psi]
h ... Drahthöhe [mm, in]
k ... Federrate [N/mm, lb/in]
K_s ... Korrektionsfaktor einer Torsionsspannung [-]
L₀ ... Länge der unbelasteten Feder [mm, in]
L_S ... Blocklänge [mm, in]
n ... Anzahl der Arbeitswindungen [-]
p ... Abstand zwischen den Windungen [mm, in]
s ... Verformung (Einfederung) der Feder [mm, in]
e,y ... Formzahl [-] (siehe zum Beispiel DIN 2090)
t ... Torsionsspannung des Federmaterials [MPa, psi]

Korrektionsfaktor einer Torsionsspannung
Durch Windungsabrundung kommt es bei gewickelten Federn zu zusätzlichen Biegespannungen. Deshalb wird die Spannung in der Berechnung durch einen Korrektionsfaktor korrigiert.
Bei Federn mit Draht eines Kreisquerschnitts ist der Korrektionsfaktor für das gegebene Wickelverhältnis aus einigen diversen empirisch festgelegten Formeln bestimmt (Wahl, Bergsträsserr, Göhner, ...). In dieser Berechnung ist folgende Beziehung verwendet:

Bei Federn mit Draht eines rechteckigen Querschnitts ist der Korrektionsfaktor für das gegebene Wickelverhältnis und das Verhältnis b/h aus einschlägigen Nomogrammen bestimmt. In dieser Berechnung ist der Korrektionsfaktor schon in der Formzahl y einbezogen.

Empfohlene Federmaße

Auslegung der Federenden

Bei den Druckfedern benutzt man einige verschiedene Weisen der Auslegung der Federenden, die sich durch die Anzahl der Schluss- und bearbeiteten Windungen der Feder und durch die Ausführung der Stützfläche der Feder unterscheiden.

• Die Endwindungen sind äußere mit den Arbeitswindungen achsgleiche Randwindungen der Feder, deren Steigungswinkel bei der funktionellen Federverformung nicht geändert wird. Die Endwindungen bilden eine Stützfläche der Feder und in der Regel wird je eine Endwindung auf beiden Federenden benutzt.
• Die bearbeiteten Windungen sind Endwindungen der bearbeiteten Feder in der ebenen Fläche, rechtswinklig zur Federachse. In der Regel drei Vierteln oder eine Hälfte der Schlusswindung bis zu ihrem freien Ende bearbeitet. Die bearbeiteten Windungen werden üblich nur bei Federn mit einem Drahtdurchmesser d > 1 mm verwendet.

Die üblichsten Ausführungsarten der Federenden

1. Offenes Ende unbearbeitet: Der letzte Gang ist nicht mit der Nachbarwindung zusammengedrückt, die Stützfläche der Feder ist nicht bearbeitet
2. Offenes Ende bearbeitet: Der äußerste Gang ist nicht mit der Nachbarwindung zusammengedrückt, die Stützfläche der Feder ist in eine zur Federachse rechtwinkligen Ebene bearbeitet
3. Geschlossenes Ende unbearbeitet: Der äußerste Gang ist mit der Nachbarwindung zusammengedrückt (in Regel so, dass er an diese mit deren freiem Ende anliegt), die Stützfläche der Feder ist nicht bearbeitet
4. Geschlossenes Ende bearbeitet: Der äußerste Gang ist mit der Nachbarwindung zusammengedrückt, die Stützfläche der Feder ist bearbeitet

Tellerfedern

Kreisringförmige Ringe in Form eines hohlen abgestumpften Kegels, zur Aufnahme der äußeren gegenseitig in deren Achse einwirkenden Kräfte geeignet. Der Federquerschnitt ist in der Regel rechteckig. Die Federn mit größeren Maßen (t > 6 mm) werden manchmal mit bearbeiteten Auflageflächen ausgeführt.

Die Tellerfedern sind für große Belastungen bei kleinen Verformungen bestimmt. Sie werden entweder einzeln oder in Sätzen verwendet. Bei einer Verwendung der Federn im Satz ist es nötig eine Reibungseinwirkung in Betracht zu ziehen. Die Reibung im Satz beträgt etwa 3 bis 5 % der Belastung für jede Schicht. Um diese Kraft muss sich dann die Arbeitsbelastung erhöhen.

Die in einer Tellerfeder entstehende Spannung ist relativ kompliziert. Die maximale Druckspannung entsteht am inneren oberen Rand. An der äußeren unteren Kante entsteht eine Zugspannung. Die maximale Druckspannung dient dabei zur Festigkeitskontrolle der statisch belasteten Federn. Bei den zyklisch (ermüdungs-) belasteten Federn wird der Verlauf der Zugspannungen kontrolliert.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für Tellerfedern mit nicht bearbeiteten Auflageflächen bestimmt. Die Berechnung nimmt weiterhin nicht die Reibungseinwirkung in Betracht.

Spezifische Eigenschaften

• Für große Belastungskräfte geeignet
• Nichtlineare (degressive) Arbeitskennlinie
• Hohe Federrate
• Kleine Raumansprüche
• Einfache Demontage und auch Montage
• Niedrige Herstellungskosten

Arbeitskennlinie
Die Form der Kennlinie einer Tellerfeder ist stark durch die relative Höhe h₀/t beeinflusst. Für kleine Werte der relativen Höhe verfügt die Feder über eine beinahe lineare Arbeitskennlinie, mit einem steigenden Verhältnis wird die Kennlinie deutlich degressiv.

Ausführung des Satzes
Bei Tellerfedern werden drei Arten der Anordnung der Federn im Satz unterschieden:

1. Parallele Anordnung: Die Federn sind hintereinander zusammengesetzt, die Totalfederrate des Satzes ist größer als bei einer Einzelfeder.
2. Serielle Anordnung: Die Federn sind gegeneinander zusammengesetzt, die Totalfederrate des Satzes ist kleiner als bei einer Einzelfeder.
3. Kombinierte Anordnung

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

Einzelfeder

Federpaket, Federsäule

wo:
D_e .. Außendurchmesser [mm, in]
D_i .. Innendurchmesser [mm, in]
E ... Elastizitätsmodul [MPa, psi]
F ... Federkraft [N, lb]
F_S ... Kraft der vollgedrückten Feder [mm, in]
F_T ... Gesamtkraft des Satzes [mm, in]
h ... Tellerhöhe [mm, in]
h₀ ... Innere Tellerhöhe (h₀=h-t) [mm, in]
i ... Anzahl der seriellen Pakete (Teller) in der Federsäule  [-]
k ... Federrate [N/mm, lb/in]
k_T ... Totalfederrate des Satzes [N/mm, lb/in]
K₁, K₂, K₃ .. Formzahl [-]
L₀ ... Länge der unbelasteten Feder [mm, in]
L_S ... Länge der vollgedrückten Feder [mm, in]
n ... Anzahl der parallelen Teller im Federpaket [-]
s ... Verformung (Einfederung) der Feder [mm, in]
s_T ... Gesamtverformung des Satzes [mm, in]
t ... Tellerdicke [mm, in]
d ... Durchmesserverhältnis (d=D_e/D_i) [-]
m ... Poisson-Zahl [-]
s_OM, s_I, s_II, s_III, s_IV ... Spannung des Materials in einer gegebenen Federstelle [MPa, psi]

Empfohlene Federmaße

Reibung

Einen deutlichen Einfluss auf die Funktion einer Tellerfeder hat die Reibung. Bei einer Federbelastung entsteht die Reibung an der Auflagefläche (an den Rändern) der Feder. Bei einem Federpaket der parallel angeordneten Teller kommt es weiterhin zu oberflächlichen Reibung zwischen den einzelnen Scheiben. Der Reibungseinfluss äußert sich durch eine Kraftvergrößerung bei der Belastung und Kraftverminderung bei Entlastung der Feder.

Der Einfluss der Reibung auf die Federbelastung

Die Größe der Reibung ist von vielen Faktoren abhängig (Federausführung, Werkstoff, oberflächliche Behandlung, Federanzahl im Satz, Schmierstoffart, usw..). Ihr Einfluss auf die Federbelastung lässt sich theoretisch nicht genau feststellen. Für eine annähernde Feststellung der korrigierten Federkraft wir folgende Beziehung verwendet:

wo:
m_M .. Koeffizient der oberflächlichen Reibung [-]
m_R .. Koeffizient der Reibung an Rändern [-]
- .... bei Belastung
+ ... bei Entlastung

Orientierungswerte der Reibungskoeffizienten

Federn mit bearbeiteten Auflageflächen

Die Federn mit größeren Maßen (t > 6 mm) werden manchmal mit bearbeiteten Auflageflächen ausgeführt. Die Beziehungen für die Berechnung dieser Federn sind leicht unterschiedlich und sind z. B. in DIN 2092 zu finden.

Zylindrische Schraubzugfedern

Zylindrische Federn aus schraubenförmig gewickelten Drähten hergestellt, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren voneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt. Gewöhnlich sind die Zugfedern aus Drähten und Stäben des Kreisquerschnitts hergestellt. Federn mit Draht eines rechteckigen Querschnitts werden sehr selten verwendet.

Mit Hinsicht auf einen erheblichen Einfluss der Form und Auslegung der Aufhängeösen auf Absenkung der Federstandzeit und auf Unmöglichkeit der vollkommenen Kugelstrahlung der Feder wird nicht empfohlen, zyklischer (Ermüdungs-) Belastung die Zugfedern möglichst zu verwenden. Wenn es nötig ist, eine Zugfeder bei der zyklischen Beanspruchung zu verwenden, ist es geeignet, bei der Feder keine Aufhängeösen zu verwenden, sondern eine andere Ausführung der Federhalterung auszuwählen.

Spezifische Eigenschaften

• Für kleine und mittlere Belastungskräfte geeignet
• Für eine zyklische (Ermüdungs-) Belastung weniger geeignet
• Lineare Arbeitskennlinie
• Relativ niedrige Federrate
• Einfache Demontage und auch Montage
• Niedrige Herstellungskosten

Federauslegung
Die Zugfedern werden in zwei grundlegenden Ausführungen verwendet:

1. Die Feder mit Vorspannung.
   Die kaltgeformten Zugfedern werden vorrangig mit einer Vorspannung hergestellt, also mit aufeinander aufliegenden Arbeitswindungen. Die Vorspannung der Feder hat einen wesentlichen Einfluss auf eine Erhöhung der Tragfähigkeit der Feder. Für die Verformung einer Feder auf die verlangte Länge ist es nötig, eine höhere Belastung zu benutzen als bei einer Feder ohne Vorspannung. Die Vorspannung entsteht in den Federwindungen bei Aufwicklung der Feder und deren Größe ist abhängig von dem verwendeten Werkstoff der Feder, dem Wickelverhältnis und der Aufwicklungsweise.
2. Feder ohne innere Vorspannung.
   Wenn es aus technischen Gründen nötig ist, können Zugfedern ohne Vorspannkraft, mit einem Spiel zwischen den Arbeitswindungen verwendet werden. Die Windungsteilung der unbelasteten Feder ist dann gewöhnlich im Bereich 0.2*D < p < 0.4*D.

Anmerkung: Die warmgeformten Federn und die Federn aus Drähten eines rechteckigen Querschnitts sind immer ohne Vorspannung hergestellt.

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

Draht mit rundem Querschnitt	Draht mit rechteckigem Querschnitt
A. Zugfeder mit Vorspannung
B. Zugfeder ohne Vorspannung

wo:
c ... Wickelverhältnis (c=D/d; c=D/b)  [-]
b ... Drahtbreite [mm, in]
d ... Drahtdurchmesser [mm, in]
D ... Mittlerer Federdurchmesser [mm, in]
F ... Federbelastung [N, lb]
F₀ ... Innere Vorspannkraft [N, lb]
G ... Schubmodul [MPa, psi]
h ... Drahthöhe [mm, in]
k ... Federrate [N/mm, lb/in]
K_s ... Korrektionsfaktor einer Torsionsspannung [-]
L₀ ... Länge der unbelasteten Feder [mm, in]
L_H ... Höhe der Aufhängeöse [mm, in]
L_K ... Länge des aktiven Federteiles [mm, in]
n ... Anzahl der Arbeitswindungen [-]
p ... Abstand zwischen den Windungen [mm, in]
s ... Verformung (Ausfederung) der Feder [mm, in]
e,y ... Formzahl [-] (siehe zum Beispiel DIN 2090)
t ... Torsionsspannung des Federmaterials [MPa, psi]
t₀ ... Innere Vorspannung [MPa, psi]

Korrektionsfaktor einer Torsionsspannung
Durch Windungsabrundung kommt es bei gewickelten Federn zu zusätzlichen Biegespannungen. Deshalb wird die Spannung in der Berechnung durch einen Korrektionsfaktor korrigiert.
Bei Federn mit Draht eines Kreisquerschnitts ist der Korrektionsfaktor für das gegebene Wickelverhältnis aus einigen diversen empirisch festgelegten Formeln bestimmt (Wahl, Bergsträsserr, Göhner, ...). In dieser Berechnung ist folgende Beziehung verwendet:

Bei Federn mit Draht eines rechteckigen Querschnitts ist der Korrektionsfaktor für das gegebene Wickelverhältnis und das Verhältnis b/h aus einschlägigen Nomogrammen bestimmt. In dieser Berechnung ist der Korrektionsfaktor schon in der Formzahl y einbezogen.

Innere Federvorspannung
Eine Vorspannung entsteht bei der Aufwicklung der Feder und ihre Größe ist von dem verwendeten Werkstoff der Feder, dem Wickelverhältnis und der Wickelweise abhängig. Die üblichen Vorspannungswerte liegen im Bereich:

Größere Werte sind technisch schwer realisierbar, die niedrigeren lassen sich nur sehr schwierig mit einer hinreichenden Genauigkeit messen. Die Norm DIN 2089 gibt für die Feststellung der Vorspannung, der auf einer Wickelbank gewickelten Federn, die folgende Beziehung an:

Die innere Vorspannkraft ist gegeben als:

Empfohlene Federmaße

Auslegung der Federenden

Die Zugfedern werden in vielen verschiedenen Ausführungen benutzt. Die am häufigsten verwendeten Federenden sind in der Abbildung dargestellt. Die Wahl der Ausführung der Federenden ist von der verlangten Halterung, den Maßen und dem Typ und Größe der Belastung abhängig.

Auslegung der Federenden.

A ... Halbe deutsche Öse
B ... Ganze deutsche Öse
C ... Ganze deutsche Öse seitlich hochgestellt

D ... Doppelte deutsche Öse
E ... Doppelte deutsche Öse seitlich hochgestellt
F ... Englische Öse

G ... Hakenöse
H ... Hakenöse deutsche Öse seitlich hochgestellt
L ... Haken eingerollt

I ... Niedere Öse
J ... Niedere Öse seitlich hochgestellt
K ... Ganze deutsche Öse schräg hochgestellt

M ... Gewindebolzen eingerollt
N ... Gewindestopfen eingeschraubt
O ... Schraublasche eingeschraubt

Am häufigsten werden Aufhängeösen von einigen verschiedenen Typen als Halterung der Zugfedern verwendet (A .. J), die sich einerseits durch Höhe andererseits durch ihre Eigenschaften unterscheiden. Die Aufhängeösen sind zwar eine der vorteilhaftesten Lösungen in Hinsicht auf die Technologie, in Hinsicht auf Federtragfähigkeit bringen sie jedoch bestimmte Probleme. Bei Belastung der Feder entstehen Spannungskonzentrationen in der Aufhängeöse, die höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. In Hinsicht auf die in der Aufhängeöse entstehenden Biegespannungen sind kleine Ösen (Typ I, J) oder Doppelösen (Typ D, E) am vorteilhaftesten. In Hinsicht auf die Konzentrationen der Verdrehungsspannung an der Übergangsstelle der Windung in die Öse sind seitlich hochgestellte Ösen am vorteilhaftesten (Typ C,E,I). Für einzelne Ausführungen der Aufhängeöse sind folgende empfohlene Werte der Höhe der Öse vorgeschrieben:

Die warmgeformten Federn, die Federn mit Draht des rechteckigen Querschnitts und die zyklisch belasteten Federn werden gewöhnlich ohne Aufhängeösen verwendet (Ausführung M. O). Bei Ausführung ohne Aufhängeösen sind Schlusswindungen zur Befestigung der Feder verwendet, deren Steigungswinkel bei einer funktionellen Verformung nicht geändert wird.

Kontrolle der Beanspruchung der Aufhängeöse

Bei Belastung der Feder mit Aufhängeösen entstehen in der Aufhängeöse Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Deshalb ist es empfehlenswert, diese Federn auch in Hinsicht auf die Beanspruchung der Aufhängeöse zu kontrollieren.

Die Größe der möglichen Spannungskonzentrationen hängt von Typ, Ausführung und Maßen der Öse ab und es ist sehr schwierig, diese theoretisch zu berechnen. Trotzdem werden wenigstens theoretische Berechnungen verwendet, deren Aufgabe ist, Orientierungsinformationen über eventuelle Überschreitung der Festigkeitsgrenzen des gewählten Federwerkstoffes anzubieten. In Hinsicht auf die Ausführung der Aufhängeöse werden zwei grundlegende Festigkeitskontrollen durchgeführt:

Kontrolle der Aufhängeöse hinsichtlich der Biegung

Die Größe der im Bogen der Öse entstehenden Biegespannungen ist von dem Halbmesser der Rundung der Aufhängeöse r_b abhängig. Mit dem zunehmenden Halbmesser nimmt auch die Größe der Spannung zu und umgekehrt. Zur Feststellung der Biegespannung kann folgende Beziehung verwendet werden:

Spannungskontrolle im Übergangsbogen

Die höchsten Spannungskonzentrationen entstehen bei einer Zugfeder in der Übergangsstelle der Windung in die Aufhängeöse. Die Größe dieser Spannungen ist von dem Halbmesser des Übergangsbogens r_s abhängig. Allgemein kann gesagt werden, dass der Spannungswert im Übergangsbogen mit dem zunehmenden Bogenhalbmesser abnimmt und umgekehrt. Zur Feststellung der Spannungsspitze kann diese Beziehung verwendet werden:

Blattfedern

Federn auf dem Prinzip der auf Biegung belasteten langen schlanken Träger des rechteckigen Querschnitts. Sie werden entweder als einarmige (auf einem Ende eingespannte), oder als doppelarmige (beiderseits aufliegende) verwendet. Die Blattfedern können einzeln oder in Sätzen (Geschichtete Blattfedern) verwendet werden.

Spezifische Eigenschaften

Einfache Blattfedern

• Für kleine und mittlere Belastungskräfte geeignet
• Lineare Arbeitskennlinie
• Relativ niedrige Federrate
• Erhebliche Ansprüche auf die Länge, ansonsten ein minimaler Raumbedarf
• Niedrige Herstellungskosten

Geschichtete Blattfedern

• Für größere Belastungskräfte geeignet
• Theoretisch eine lineare Arbeitskennlinie (die Reibung unter den Blättern verursacht einen Hystereseverlauf der Arbeitskurve)
• Relativ höhere Federrate
• Erhebliche Ansprüche auf den Raumbedarf
• Große Wartungsansprüche (Schmierung und Reinheit)

Ausführung der Feder
Die Blattfedern werden in vielen diversen Ausführungen und Formen verwendet. Zwecks der Berechnung können wir sie in drei Gruppen unterteilen:

1. Einfache Blattfedern mit einem konstanten Profil: verwendete Federn mit einer rechteckigen, dreieckigen oder Trapezform
2. Einfache Blattfedern mit einem Parabelprofil: mit einer rechteckigen Form, manchmal werden Federn verwendet mit einer Verstärkung von Mitte und Ende des Blattes
3. Geschichtete Blattfedern: In vielen Ausführungen hergestellt. Verwendet werden die Blätter mit einem konstanten und auch Parabelprofil, mit einer rechteckigen, dreieckigen und auch Trapezform. Die genaue Berechnung der Federpakete ist ziemlich kompliziert. In der vorliegenden Berechnung sind unter vereinfachten Voraussetzungen zwei grundlegende Typen der geschichteten Blattfedern gelöst:
   - Federn mit Blättern des konstanten Querschnitts, in dreieckiger Form
   - Federn mit Blättern des konstanten Querschnitts, in rechteckiger Form

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

A. Einfache Blattfedern mit einem konstanten Profil

B. Einfache Blattfedern mit einem Parabelprofil

C. Geschichtete Blattfedern

wo:
b ... Federblattbreite [mm, in]
b' ... Federblattbreite am Federende [mm, in]
E ... Elastizitätsmodul [MPa, psi]
F ... Federbelastung [N, lb]
k ... Federrate [N/mm, lb/in]
L ... Funktionslänge der Feder [mm, in]
L' ... Federblattlänge mit konstanter Dicke [mm, in]
n ... Gesamtzahl der Federblätter [-]
n' ... Anzahl der durchgehenden Extra-Federblätter [-]
s ... Verformung (Durchbiegung) der Feder [mm, in]
t ... Federblattdicke [mm, in]
t' ... Federblattdicke am Federende [mm, in]
y ... Formzahl [-]
s ... Biegespannung des Federmaterials [MPa, psi]

Extra-Federblätter
Durchgehende Federblätter in voller Länge, rechteckiger Form mit Konstantprofil. Diese Blätter werden zu einer Feder aus zwei Gründen hinzugefügt:

• Wegen der Erhöhung der Federrate und der Tragfähigkeit der Feder
• Diese sind oftmals mit Federaugen versehen

Drehstabfedern

Federn nach dem Prinzip der durch Verdrehung belasteten langen schlanken Stäbe eines kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitts. Bei den Stäben kreisförmigen Querschnitts wird am häufigsten eine Kerbverzahnung zur Befestigung der Enden verwendet. Manchmal wird eine der Seiten mit einem Prisma der leichteren Aufnahme wegen, beendet. Die Drehstabfedern müssen gegen eine Biegungsbeanspruchung gesichert sein.

Spezifische Eigenschaften

• Für größere Belastungsmomente geeignet
• Lineare Arbeitskennlinie
• Hohe Federrate
• Erhebliche Ansprüche auf die Länge, ansonsten ein minimaler Raumbedarf
• Niedrige Herstellungskosten

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

Drehstabfedern mit rundem Querschnitt	Drehstabfedern mit rechteckigem Querschnitt

wo:
b ... Stabbreite [mm, in]
d ... Stabdurchmesser [mm, in]
M ... Federbelastung [Nmm, lb in]
G ... Schubmodul [MPa, psi]
k ... Federmomentrate [Nmm/°, lb in/°]
L ... Funktionslänge der Feder [mm, in]
t ... Stabdicke [mm, in]
a ... Drehwinkel [°]
b,g ... Formzahl [-]
t ... Torsionsspannung des Federmaterials [MPa, psi]

Formkoeffizienten
Diese Koeffizienten berücksichtigen die Spannungsverteilung im Stabsquerschnitt in der Abhängigkeit vom Seitenverhältnis b/t. Ihr Wert wird in der Tabelle abgelesen:

Spiralfedern

Eine Feder aus einem flachen Band rechteckigen Querschnitts, das in der Form einer Archimedischen Spirale aufgerollt ist, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, belastet mit einem Drehmoment in der Aufrollrichtung.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für Spiralfedern mit fest eingespannten Federenden bestimmt.

Spezifische Eigenschaften

• Für kleine Belastungsmomente geeignet
• Lineare Arbeitskennlinie
• Niedrige Federrate
• Niedrige Herstellungskosten

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

wo:
a ... Windungsspiel [mm,in]
b ... Federbandbreite [mm, in]
M ... Federbelastung [Nmm, lb in]
E ... Elastizitätsmodul [MPa, psi]
k ... Federmomentrate [Nmm/°, lb in/°]
K_b ... Korrektionsfaktor der Biegespannung [-]
L ... Arbeitslänge der Feder [mm, in]
n ... Anzahl der Arbeitswindungen [-]
t ... Federbanddicke [mm, in]
R_e ... Außenradius [mm, in]
R_i ... Innenradius [mm, in]
a ... Drehwinkel [°]
d₀ ... Schenkelwinkel im freien Zustand [°]
s ... Biegespannung des Federmaterials [MPa, psi]

Korrektionsfaktor der Biegespannung
Der Korrektionsfaktor drückt eine zusätzliche Beanspruchung der Feder durch ihre Krümmung aus. Sein Wert wird im Diagramm abgelesen:

Empfohlene Federmaße

Zylindrische Verdrehungsfedern

Zylindrische Federn, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren in der zur Achse senkrechten Ebenen mit einem Drehmoment im Aufroll- oder Abrollsinn einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für die im Aufrollsinn belasteten Verdrehungsfedern mit fest eingespannten Arme bestimmt. Die Berechnung berücksichtigt weder den Einfluss der Federabstützung an den inneren oder äußeren Führungsteil noch den der Reibung, die dabei entsteht. Auch wird der eventuelle Einfluss der Reibung unter den Federwindungen nicht berücksichtigt.

Spezifische Eigenschaften

• Für kleine und mittlere Belastungsmomente geeignet
• Lineare Arbeitskennlinie
• Relativ niedrige Federrate
• Niedrige Herstellungskosten

Federauslegung
Die Verdrehungsfedern werden in zwei grundlegenden Ausführungen hergestellt und zwar entweder mit aufeinander liegenden Windungen oder mit einem Abstand unter den Windungen. Für statisch belastete Federn werden Federn mit anliegenden Windungen bevorzugt angewendet. Bei diesen Federn kommt es jedoch bei der Arbeitsfunktion zur gegenseitigen Reibung unter den Windungen, was eine Herabsetzung der Standzeit der Feder verursachen kann. Außerdem verhindern die anliegenden Windungen in der Regel die vollkommene Kugelstrahlung der Feder. Deshalb sind die Federn mit einem Spiel unter den Windungen für die Benutzung bei zyklischer (Ermüdungs-) Belastung geeignet. Die Teilung zwischen den Federwindungen ist dann gewöhnlich im Bereich 0.3*D < p < 0.5*D.

Anmerkung: Bei einer im Aufrollsinn beanspruchten Feder mit anliegenden Windungen kommt es bei Belastung der Feder zu einem Anwachsen ihrer Länge. Die warmgeformten Federn werden üblicherweise mit dem Spiel zwischen den Windung hergestellt.

Grundlegende Beziehungen für die Federberechnung

Draht mit rundem Querschnitt	Draht mit rechteckigem Querschnitt

wo:
c ... Wickelverhältnis (c=D/d; c=D/t) [-]
b ... Drahtbreite [mm, in]
d ... Drahtdurchmesser [mm, in]
D ... Mittlerer Federdurchmesser [mm, in]
M ... Federbelastung [Nmm, lb in]
E ... Elastizitätsmodul [MPa, psi]
k ... Federmomentrate [Nmm/°, lb in/°]
K_b ... Korrektionsfaktor der Biegespannung [-]
L_K ... Länge des Federkörpers [mm, in]
n ... Anzahl der Arbeitswindungen [-]
p ... Abstand zwischen den Windungen [mm, in]
t ... Drahtdicke [mm, in]
a ... Drehwinkel [°]
d₀ ... Schenkelwinkel im freien Zustand [°]
s ... Biegespannung des Federmaterials [MPa, psi]

Korrektionsfaktor der Biegespannung
Der Korrektionsfaktor drückt eine zusätzliche Beanspruchung der Feder durch eine Abrundung der Windungen aus.

Funktionelle Federmaße
Bei einer funktionellen Verformung (Schwenken des Armes) einer Verdrehungsfeder kommt es zu einer Änderung ihrer Maße. Bei einer im Aufrollsinn beanspruchten Feder verkleinert sich ihr Durchmesser:

Bei einer Feder mit anliegenden Windungen kommt es zugleich zum Anwachsen ihrer Länge:

Empfohlene Federmaße

Auslegung der Federenden

Mit Hinsicht auf die Möglichkeit der Entstehung von eventuellen Spannungskonzentrationen, sollten die Arme einer Verdrehungsfeder die einfachste Form besitzen. Die Grundtypen der bei Verdrehungsfedern verwendeten Arme sind in der Abbildung aufgeführt. Die Wahl der Durchführung der Federarme ist von der verlangten Weise der Federlagerung, den Federmaßen und der verlangten Entfernung des Angriffspunktes der Belastung von der Federachse abhängig, wobei der Stütz- und Arbeitsarm der Feder nicht typgleich sein müssen.

Grundtypen der Arme

1. Gerader Tangentialarm
2. Gerader Axialarm
3. Gerader abgebogener Radialarm
4. Gerader eingebogener Radialarm

Befestigung des Armes

Bei einer festen Einspannung der beiden Arme der Verdrehungsfeder ist der Arbeitswinkel nur durch eine Verdrehung der Federwindungen bestimmt. Bei den frei nur in einem Punkt abgestützten (belasteten) Arme tritt eine Armverbiegung bei der Federbelastung auf. Das hat eine Vergrößerung des tatsächlichen winkeligen Arbeitsausschlages zur Folge. Der Wert der Biegung des Armes nimmt mit der zunehmenden Entfernung des Angriffspunktes der Kraft von den Federwindungen (der Armeslänge) zu. Durch die feste Einspannung der Arme wird die Genauigkeit der Berechnung erhöht und die Federfunktion verbessert.

Der tatsächliche (korrigierte) Winkelausschlag bei einer Feder mit einem frei aufgelegten Arme ist dann für:
- Radialarm

- Tangentialarm

Kontrolle der Beanspruchung des Federarmes

Bei den Federn mit gebogenen Arme kommt es in der Biegestelle des Armes zu Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Die Größe dieser Konzentrationen hängt vom Wert des Biegehalbmessers des Armes ab. Je kleiner der Biegehalbmesser ist, desto größer sind die Werte der Spitzenspannungen in den Federarme. Zu einer ungefähren Feststellung der Spannungsspitze kann folgende Beziehung verwendet sein:

Berechnungsverfahren.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist im Absatz "Entwurf der Feder" für jeden der Eintrittsparameter in der realen Zeit dessen, den anderen Federparametern entsprechende genaue Wert, ausgerechnet. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt.

Eine typische Berechnung / einer Federentwurf besteht in folgenden Schritten:

1. Einstellen der gewünschten Berechnungseinheiten (SI / Imperial). [1.3]
2. Die entsprechende Materialnorm [1.1] und die Materialart [1.2] wählen.
3. Nach den empfohlenen Verwendungsbereichen [1.7-1.10] einen geeigneten Federwerkstoff auswählen [1.6].
4. Im Absatz [1.21] Betriebs- und Herstellungsparameter der Feder definieren.
5. Das benötigte Sicherheitsmaß [1.27] einstellen.
6. Das einschlägige Kapitel mit dem gegebenen Federtyp auswählen. Zum eigentlichen Entwurf der Federmaße dient der Absatz "Entwurf der Feder".
7. In den ersten drei Eintrittsfeldern des Absatzes die verlangten Parameter des Arbeitszyklus eingeben (die Arbeitsbelastung und den Federhub).
8. In den weiteren Eintrittsfeldern die vorläufigen Federmaße einstellen, eventuell verwenden Sie eine von den Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung.
9. Auf Grund der nachträglich berechneten empfohlenen Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
10. Bei der entworfenen Feder im Absatz "Kontrolldaten" das berechnete Sicherheitsmaß (Festigkeitskontrolle der statisch belasteten Feder) kontrollieren.
11. Die weiteren Federparameter in Absätzen "Auslegungsdaten" und "Parameter des Arbeitszyklus" kontrollieren.
12. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.
13. Die Tabelle mit einer gerechten Lösung unter einem neuen Namen speichern.

Wahl des Federwerkstoffes, Betriebs- und Herstellungsparameter. [1]

Dieser Absatz dient der Auswahl eines geeigneten Federwerkstoffes. Weiter sind hier die grundlegenden Betriebs- und Herstellungsparameter der Feder definiert.

1.1 Materialnorm.

Aus der Auflistung die verlangte nationale Norm zur Auswahl des Federwerkstoffs auswählen.

Empfehlung: In den meisten europäischen Ländern verläuft z. Z. das Ersetzen der lokalen Normen (DIN, BS, UNI, UNE, ...) auf dem Gebiet der Federwerkstoffe durch entsprechende Norm-Äquivalente EN, oder ist schon verlaufen. Deshalb empfehlen wir weiter nur die entsprechenden europäischen Normen EN anzuwenden.

1.2 Materialart.

In Hinsicht auf die Federausführung, den in der Auflistung entsprechenden Materialtyp (Vorprodukt) auswählen, aus dem die Feder herzustellen ist.

1.3 Berechnungseinheiten.

In der Auflistung das geforderte Einheitssystem für die Berechnung wählen. Bei der Umschaltung der Einheiten werden sofort sämtliche Werte umgerechnet.

1.4 Diagrammtyp.

In der Auflistung den gewünschten Diagrammtyp auswählen, den Sie sich in der Federberechnung darstellen wollen.

1.5 Werkstoff der Feder.

Dieser Absatz dient der Auswahl des Federwerkstoffes.

Den Werkstoff der Feder aus der Liste [1.6] auswählen. Die ersten fünf Verzeichniszeilen sind für die vom Benutzer definierten Werkstoffe vorbehalten. Informationen über Einstellung der eigenen Werkstoffe sind dem Dokument "Benutzerspezifische Anpassungen der Berechnung" zu entnehmen. Die weiteren Verzeichniszeilen enthalten eine Auswahl der Werkstoffe für die aktuell eingestellte Norm [1.1] und Materialart [1.2].

In den Zeilen [1.7 - 1.10] sind die Informationen über eine empfohlene Verwendung des ausgewählten Werkstoffes angeführt. Der Werkstoff der Feder sollte mit Rücksicht auf den Belastungsmodus der Feder und die Betriebsbedingungen entworfen werden. Wenn Sie einen weniger geeigneten Werkstoff verwenden müssen, sollte diese Tatsache durch eine Erhöhung des Sicherheitsmaßes bei dem Federentwurf berücksichtigt werden (siehe [1.21]). Die Eigenschaften des in den Zeilen [1.7, 1.9] beschriebenen ausgewählten Werkstoffes werden in fünf Stufen bewertet (exzellent, vorzüglich, gut, schlecht, unzureichend), die relative Festigkeit des Werkstoffs in der Zeile [1.8] dann in drei Stufen (hohe, mittlere, kleine).

Anmerkung: Wenn das Feld rechts von der Auswahlliste angekreuzt ist, werden für das gewählte Material die erforderlichen Parameter automatisch festgelegt. Im Gegenfall geben Sie die Materialbeschaffenheit manuell ein.

1.12, 1.14 Elastizitätsmodul.

Bei einer Bezugstemperatur von 20°C (68°F) festgesetzter Wert.

1.18 Zugfestigkeit.

Die Zugfestigkeit für das ausgewählte Material eingeben. Nach dem Ankreuzen des Kästchens in der Zeile [1.6] ist hier der angeführte Minimalwert der Zugfestigkeit für das ausgewählte Material automatisch eingestellt.

Hinweis: Bei kaltgezogenen Federdrähten ist die Zugfestigkeit bei manchen Materialien erheblich vom Drahtdurchmesser abhängig. Mit dem sich vermindernden Drahtdurchmesser wächst die Materialfestigkeit. Bei automatischer Einstellung der Materialparameter werden die Minimalfestigkeit des ausgewählten Materials für Drähte der größten Durchmesser (zirka. 15 mm, 5/8 Zoll) in der Federberechnung verwendet. Die von Ihnen entworfene Feder wird höchstwahrscheinlich überdimensioniert sein. Deshalb empfehlen wir im Falle der Finalberechnungen diesen Wert in Abhängigkeit von dem verwendeten Drahtdurchmesser der entworfenen Feder manuell auszufüllen. Anhaltswerte der Zugfestigkeit in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser finden Sie in Diagrammen:

Zugfestigkeit - ASTM

Zugfestigkeit - EN

1.21 Betriebsparameter, Sicherheitszahl.

Dieser Absatz ist zur Einstellung der Betriebs- und Herstellungsparameter der Feder und der ihnen entsprechenden Sicherheitskoeffizienten bestimmt.

Die entsprechenden Betriebsbedingungen der Feder sind in Auswahllisten einzustellen. Rechts von jeder Auflistung ist das Eintrittsfeld für die Eingabe des entsprechenden Sicherheitskoeffizienten angebracht. Dieser Koeffizient drückt den Einfluss des gegebenen Betriebsparameters auf eventuelle Minderung der Federtragfähigkeit aus.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, wird der Wert des Sicherheitskoeffizienten vom Programm entworfen. Bei diesem automatischen Entwurf nimmt die Berechnung Rücksicht auch auf die Eignung des ausgewählten Materials und auf eventuelle Einwirkung (Wechselwirkung) der anderen Federparameter.

1.22 Betriebstemperatur.

Die Temperatur des Arbeitsumfeldes beeinflusst die Entspannung der Feder, die sich durch eine auf Zeit abhängige Abnahme der Federkraft bei deren Verformung auf eine konstante Länge zeigt. Diese Tatsache ist bei dem Entwurf der Feder und bei einer 80°C (180°F) überschreitenden Temperatur zu berücksichtigen, und auf entsprechende Weise das Sicherheitsmaß bei der Festigkeitskontrolle der Feder zu erhöhen. Die Höhe der Betriebstemperatur ist auch bei der Auswahl des Federwerkstoffes zu berücksichtigen.

1.23 Belastungsmodus.

Vom Gesichtspunkt der Festigkeitskontrolle und der Standzeit werden bei den metallischen Federn zwei grundlegende Arten ihrer Belastung unterschieden:

1. Statische Belastung.
   Statisch oder mit einer niedrigeren Veränderlichkeit beanspruchte Federn, d. h. mit zyklischen Belastungsänderungen mit einer Anforderung auf die Standzeit weniger als 10⁵ Arbeitszyklen.
2. Zyklische (Ermüdungs-) Belastung.
   Federn mit einer Schwingungsbeanspruchung (dynamische Belastung), d. h. mit zyklischen Belastungsänderungen mit einer Anforderung auf eine Standzeit von 10⁵ Arbeitszyklen und höher.

Anmerkung: Es ist notwendig, die zyklisch belasteten Federn auch immer in Hinsicht auf eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren sind - siehe Kapitel [17]. Soll die Feder die Ermüdungskontrolle bestehen, ist sie üblich unter Berücksichtung ihrer statischen Festigkeit sehr überdimensioniert zu entwerfen.

1.24 Betriebsmodus der Belastung.

Einen solchen Belastungsmodus auswählen, der Ihrer Eingabe am besten entspricht.

1. Leichtbetrieb.
   Fließende Belastung ohne Stöße mit einem Sinusverlauf mit kleinen Verformungen oder mit einer kleinen Häufigkeit, wenig oder selten beanspruchte Federn mit einer Standzeit bis zu 1000 Zyklen. Diese Federn werden z.B. benutzt in Messgeräten, Sicherungs- und Sicherheitsanlagen usw.
2. Mittelschwerbetrieb.
   Fließende Belastung mit einer kleineren oder mittleren Ungleichmäßigkeit, eine Belastung mit einer normalen Häufigkeit der Verformungen. Üblich in Werkzeugmaschinen, Erzeugnissen des Maschinenbaus oder elektrischen Bestandteilen verwendete Federn.
3. Schwerlastbetrieb.
   Unstetiger Belastungsverlauf, Belastung mit großen Stößen, Belastung mit einer hohen Häufigkeit der Verformungen oder mit einer heftigen Verformung in längeren oder unregelmäßigen Zeitperioden. Zum Beispiel in Presslufthammers, hydraulischen Maschinen, Ventilen ,verwendeten Federn usw.

1.25 Betriebsumfeld.

Durch Korrosionseinfluss nimmt wesentlich die Standzeit der Federn ab. Besonders bei zyklisch (ermüdungs-) belasteten Federn hat die Korrosion einen sehr bedeutenden Einfluss. Diese Tatsache ist bei dem Entwurf der Feder für ein korrosionsfördernd aggressives Umfeld zu berücksichtigen, und auf entsprechende Weise das Sicherheitsmaß bei der Festigkeitskontrolle der Feder zu erhöhen. Die Korrosionsmöglichkeit ist auch bei der Auswahl des Federwerkstoffes zu berücksichtigen.

1.26 Oberflächenbehandlung der Feder.

Bei kugelgestrahlten Federn erhöht sich die Dauerfestigkeit des Federwerkstoffes um ungefähr 15 bis 25 %. Das erlaubt bei den zyklisch beanspruchten Federn den Werkstoffverbrauch für eine Feder zu vermindern, deren Maße und den Aufnahmeraum zu verringern, den Arbeitshub oder die Absicherung der Feder gegen Ermüdungsbrüche zu erhöhen. Deshalb wird empfohlen, die technische Anforderung auf kugelgestrahlte, bei allen schwingend beanspruchten, Federn durchzusetzen.

Die Federn mit einem galvanischen Überzug weisen eine erheblich größere Korrosionsbeständigkeit aus. Andererseits vermindert die Galvanisierung die Federtragfähigkeit etwa um 10 %.

Anmerkung 1: Bei gewickelten Federn werden nur Federn mit einem 1 mm überschreitenden Drahtdurchmesser aus technologischen Gründen gekugelt.

Anmerkung 2: Bei statisch belasteten Federn (außer den Tellerfedern) hat das Kugelstrahlen der Feder keinen wesentlichen Einfluss auf ihre Festigkeitsberechnung.

Anmerkung 3: In Hinsicht auf die bei Tellerfedern entstehenden Druckspannungen weist das Kugelstrahlen bei diesen Federn eine negative Einwirkung auf ihre Festigkeit (Festigkeitsverminderung) aus. Deshalb sollte es bei den statisch belasteten Federn nicht verwendet werden.

1.27 Totalmaß der Sicherheit.

Dieses gibt das minimale zulässige Verhältnis zwischen der zulässigen Grenzspannung des gewählten Federwerkstoffes und der tatsächlichen maximalen Arbeitsspannung der Feder an.

Die geforderte Sicherheitszahl wird in der Berechnung zur Festigkeitskontrolle der statisch belasteten Feder verwendet. Der hier eingegebene Wert eliminiert im Wesentlichen einen eventuellen negativen Einfluss der Betriebsbedingungen auf die Verminderung der Federtragfähigkeit. Außer den oben angeführten Tatsachen sollten sich im Wert der verlangten Sicherheitszahl auch irgendwelche weitere Einflüsse widerspiegeln (Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Eingabeinformationen, Wichtigkeit der Anlage, Produktionsqualität, ...). Übliche Federn werden gewöhnlich mit einer Sicherheitszahl im Berech <1...2> entworfen.

Hinweis: Es ist notwendig, die zyklisch belasteten Federn auch immer in Hinsicht auf eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren sind - siehe Kapitel [17]. Soll die Feder die Ermüdungskontrolle bestehen, ist sie üblich unter Berücksichtung ihrer statischen Festigkeit sehr überdimensioniert zu entwerfen. Die hier angeführte Sicherheitszahl sollte dann in etwa doppelt betragen, als bei einer statisch belasteten Feder.

Anmerkung: Beim Ankreuzen des Ankreuzkästchens ist die gewünschte Sicherheit auf Grund der eingegebenen partiellen Sicherheitskoeffizienten [1.22 - 1.26] automatisch eingestellt.

Zylindrische Schraubdruckfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts. [2]

Federn in Zylinderform, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spielraum zwischen den Arbeitswindungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren gegeneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [2.2 - 2.4]
2. In den Eintrittsfeldern [2.6 - 2.8] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [2.9].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [2.16].
5. In der Auflistung [2.18] die geforderte Ausführung der Federenden auswählen.
6. Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen. [2.21]
7. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [2.27]
8. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Hinweis: Bei einer Druckfeder ist ihre Absicherung gegen Knickung immer zu kontrollieren.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Druckfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

2.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

2.9 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung der Laufleisten ist der Federentwurf für das gegebene Wickelverhältnis D/d gestartet worden.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [2.1] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtdurchmesser bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Wickelverhältnis D/d wird der allernächste entsprechende Drahtdurchmesser durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

2.10 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [2.16] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [2.14, 2.15] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

2.18 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

2.21 Länge der unbelasteten Feder.

Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die freie Federlänge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [2.20] eingestellt.

2.27 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Zylindrische Schraubdruckfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts. [3]

Federn in Zylinderform, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spielraum zwischen den Arbeitswindungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren gegeneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem rechteckigen Drahtquerschnitt werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einer Drahtdicke von mehr als 10 mm eingesetzt.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [3.2 - 3.4]
2. In den Eintrittsfeldern [3.6 - 3.9] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [3.10].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [3.17].
5. In der Auflistung [3.19] die geforderte Ausführung der Federenden auswählen.
6. Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen. [3.22]
7. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [3.28]
8. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Hinweis: Bei einer Druckfeder ist ihre Absicherung gegen Knickung immer zu kontrollieren.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Druckfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

3.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

3.10 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für die gegebenen Verhältnisse D/b, b/h gestartet.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [3.1] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtquerschnitt bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

3.11 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [3.17] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [3.15, 3.16] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

3.19 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

3.22 Länge der unbelasteten Feder.

Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die freie Federlänge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [3.21] eingestellt.

3.28 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Kegelförmige Schraubdruckfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts. [4]

Federn in Kegelform, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spielraum zwischen den Arbeitswindungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren gegeneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt.

Bei der steigenden Einfederung einer kegelförmigen Feder stoßen ihre Arbeitswindungen auf die Nachbarwindungen nacheinander auf (zuerst die Windungen mit größtem Durchmesser). Diese Windungen nehmen an der weiteren Einfederung nicht mehr teil, was eine allmähliche Steigerung ihrer Federrate zur Folge hat. Die Arbeitskennlinie einer kegelförmigen Feder kann so in zwei Bereiche unterteilt werden:

1. dem Arbeitsbereich mit einer linearen Kennlinie (konstante Federrate) - F<F_C
2. dem Arbeitsbereich mit einer progressiven Kennlinie - F>F_C

Die Größe der Grenzkraft F_C ist von der gewählten freien Federlänge L₀ abhängig. Mit einer steigenden Federlänge vergrößert sich auch die Grenzkraft F_C und der Arbeitsbereich mit konstanter Federrate vergrößert sich.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [4.2 - 4.4]
2. In den Eintrittsfeldern [4.5 - 4.9] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [4.11].
3. Auf Grund der Werte des vorläufigen Entwurfs (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. In der Auflistung [4.24] die geforderte Ausführung der Federenden auswählen.
5. Eine geeignete Länge der unbelasteten Feder einstellen. [4.27]
6. Durch Anklicken der Schaltfläche [4.10] die Federberechnung durchführen.
7. Im Absatz [4.10] die Entwurfsergebnisse kontrollieren. Bei einem nicht befriedigten Entwurf, passen Sie die Federabmessungen dementsprechend an [4.1, 4.27] und wiederholen Sie die Berechnung.
8. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [4.19].
9. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [4.33]
10. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Hinweis: Diese Berechnung ist nicht für andere als Teleskop-Federn mit frei gelagertem (gestütztem) Ende anwendbar.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der kegelförmigen Druckfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

4.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein approximativer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

Hinweis: Die Parameter des "Vorentwurfs" sind für eine im Bereich der konstanten Federrate arbeitenden Feder festgelegt (F8<F_C). Bei der mit einer höheren Kraft belasteten Feder ist die tatsächliche Größe des Arbeitshubs niedriger, als der hier angeführte Wert.

Tipp: Die Größe der Grenzkraft F_C ist unter anderem auch durch die Länge der unbelasteten Feder beeinflusst, die in der Zeile [4.27] eingestellt ist.

4.10 Berechnung.

Die Kompliziertheit des Entwurfs der kegelförmigen Federn ermöglicht nicht alle Federparameter in der realen Zeit zu Ende zu berechnen. Deshalb ist es nötig nach jeder Änderung der Eintrittsangaben die Berechnung manuell zu starten, durch Anklicken der Schaltfläche "Berechnung".

Anmerkung: Solange die Feder nicht berechnet ist, sind bei einigen Austrittsparametern Annäherungswerte (mit dem Zeichen "~"), eventuell keine Werte, angeführt.

4.11 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung. Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für die gegebenen Verhältnisse D_max/D_min, D_min/d gestartet. Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtdurchmesser bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Durch die Berechnung wird der allernächste entsprechende Drahtdurchmesser aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

4.12 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [4.19] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In der Zeile [4.18] ist der theoretische Wert der maximalen Arbeitsbelastung berechnet, bei dem die verlangte Sicherheitszahl der entworfenen Feder noch eingehalten wird.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

4.21 Maximale Belastung.

Dieser Wert gibt die maximale Belastung (Grenzkraft) an, bei der die Feder noch mit der konstanten Federrate arbeiten wird. Mit einer wachsenden Belastung vergrößert sich die Federrate.

Tipp: Die Größe der Grenzkraft F_C wird unter anderem auch durch die Länge der unbelasteten Feder beeinflusst, die in der Zeile [4.27] eingestellt ist.

4.24 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

4.27 Länge der unbelasteten Feder.

Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen.

Die freie Federlänge beeinflusst deutlich die Größe der Grenzkraft [4.21] und dadurch auch die Arbeitskennlinie der Feder. Mit einer steigenden Federlänge vergrößert sich auch die Grenzkraft und der Arbeitsbereich mit der konstanten Federrate vergrößert sich.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die freie Federlänge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [4.26] eingestellt.

4.33 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Anmerkung: Die Parameter des Arbeitszyklus sind nur nach der Durchführung der Federberechnung dargestellt (siehe [4.10]).

Kegelförmige Schraubdruckfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts. [5]

Federn in Kegelform, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spielraum zwischen den Arbeitswindungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren gegeneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem rechteckigen Drahtquerschnitt werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einer Drahtdicke von mehr als 10 mm eingesetzt.

Bei der steigenden Einfederung einer kegelförmigen Feder stoßen ihre Arbeitswindungen auf die Nachbarwindungen nacheinander auf (zuerst die Windungen mit größtem Durchmesser). Diese Windungen nehmen an der weiteren Einfederung nicht mehr teil, was eine allmähliche Steigerung ihrer Federrate zur Folge hat. Die Arbeitskennlinie einer kegelförmigen Feder kann so in zwei Bereiche unterteilt werden:

1. dem Arbeitsbereich mit einer linearen Kennlinie (konstante Federrate) - F<F_C
2. dem Arbeitsbereich mit einer progressiven Kennlinie - F>F_C

Die Größe der Grenzkraft F_C ist von der gewählten freien Federlänge L₀ abhängig. Mit einer steigenden Federlänge vergrößert sich auch die Grenzkraft F_C und der Arbeitsbereich mit konstanter Federrate vergrößert sich.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [5.2 - 5.4]
2. In den Eintrittsfeldern [5.5 - 5.10] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [5.12].
3. Auf Grund der Werte des vorläufigen Entwurfs (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. In der Auflistung [5.25] die geforderte Ausführung der Federenden auswählen.
5. Eine geeignete Länge der unbelasteten Feder einstellen. [5.28]
6. Durch Anklicken der Schaltfläche [5.11] die Federberechnung durchführen.
7. Im Absatz [5.11] die Entwurfsergebnisse kontrollieren. Bei einem nicht befriedigten Entwurf, passen Sie die Federabmessungen dementsprechend an [5.1, 5.28] und wiederholen Sie die Berechnung.
8. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [5.20].
9. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [5.34]
10. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Hinweis: Diese Berechnung ist nicht für andere als Teleskop-Federn mit frei gelagertem (gestütztem) Ende anwendbar.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der kegelförmigen Druckfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

5.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein approximativer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

Hinweis: Die Parameter des "Vorentwurfs" sind für eine im Bereich der konstanten Federrate arbeitenden Feder festgelegt (F8<F_C). Bei der mit einer höheren Kraft belasteten Feder ist die tatsächliche Größe des Arbeitshubs niedriger, als der hier angeführte Wert.

Tipp: Die Größe der Grenzkraft F_C ist unter anderem auch durch die Länge der unbelasteten Feder beeinflusst, die in der Zeile [5.28] eingestellt ist.

5.11 Berechnung.

Die Kompliziertheit des Entwurfs der kegelförmigen Federn ermöglicht nicht alle Federparameter in der realen Zeit zu Ende zu berechnen. Deshalb ist es nötig nach jeder Änderung der Eintrittsangaben die Berechnung manuell zu starten, durch Anklicken der Schaltfläche "Berechnung".

Anmerkung: Solange die Feder nicht berechnet ist, sind bei einigen Austrittsparametern Annäherungswerte (mit dem Zeichen "~"), eventuell keine Werte, angeführt.

5.12 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung. Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für die gegebenen Verhältnisse D_max/D_min, D_min/b, b/h gestartet. Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtquerschnitt bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

5.13 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [5.20] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In der Zeile [5.19] ist der theoretische Wert der maximalen Arbeitsbelastung berechnet, bei dem die verlangte Sicherheitszahl der entworfenen Feder noch eingehalten wird.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

5.22 Maximale Belastung.

Dieser Wert gibt die maximale Belastung (Grenzkraft) an, bei der die Feder noch mit der konstanten Federrate arbeiten wird. Mit einer wachsenden Belastung vergrößert sich die Federrate.

Tipp: Die Größe der Grenzkraft F_C wird unter anderem auch durch die Länge der unbelasteten Feder beeinflusst, die in der Zeile [5.28] eingestellt ist.

5.25 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

5.28 Länge der unbelasteten Feder.

Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen.

Die freie Federlänge beeinflusst deutlich die Größe der Grenzkraft [5.22] und dadurch auch die Arbeitskennlinie der Feder. Mit einer steigenden Federlänge vergrößert sich auch die Grenzkraft und der Arbeitsbereich mit der konstanten Federrate vergrößert sich.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die freie Federlänge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [5.27] eingestellt.

5.34 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Anmerkung: Die Parameter des Arbeitszyklus sind nur nach der Durchführung der Federberechnung dargestellt (siehe [5.11]).

Tellerfedern. [6]

Kreisringförmige Ringe in Form eines hohlen abgestumpften Kegels, zur Aufnahme der äußeren gegenseitig in deren Achse einwirkenden Kräfte geeignet. Der Federquerschnitt ist in der Regel rechteckig. Die Federn mit größeren Maßen (t > 6 mm) werden manchmal mit bearbeiteten Auflageflächen ausgeführt.

Die Tellerfedern sind für große Belastungen bei kleinen Verformungen bestimmt. Sie werden entweder einzeln oder in Sätzen verwendet. Bei einer Verwendung der Federn im Satz ist es nötig eine Reibungseinwirkung in Betracht zu ziehen. Die Reibung im Satz beträgt etwa 3 bis 5 % der Belastung für jede Schicht. Um diese Kraft muss sich dann die Arbeitsbelastung erhöhen.

Die Form der Kennlinie einer Tellerfeder ist stark durch die relative Höhe h₀/t beeinflusst. Für kleine Werte der relativen Höhe verfügt die Feder über eine beinahe lineare Arbeitskennlinie, mit einem steigenden Verhältnis wird die Kennlinie deutlich degressiv.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung, Arbeitshub und Relative Einfederung der Feder) eingeben. [6.2 - 6.5]
2. In den Eintrittsfeldern [6.8 - 6.12] ist die Federmaße einzustellen, eventuell die Feder aus der Datenbank [6.14] auswählen oder eine der Suchfunktionen [6.15] verwenden.
3. Auf Grund der Werte des vorläufigen Entwurfs (grüne Zellen) die Telleranzahl im Satz [6.6, 6.7] so wählen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Die zulässige Federspannung einstellen. [6.30]
5. Durch Anklicken der Schaltfläche [5.13] die Federberechnung durchführen.
6. Im Absatz [5.13] die Entwurfsergebnisse kontrollieren. Bei einem nicht befriedigten Entwurf, passen Sie die Federabmessungen dementsprechend an und wiederholen Sie die Berechnung.
7. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [6.34].
8. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [6.35]
9. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für Tellerfedern mit nicht bearbeiteten Auflageflächen bestimmt. Die Berechnung nimmt weiterhin nicht die Reibungseinwirkung in Betracht.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Tellerfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

6.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier zur Erleichterung des Entwurfs, bei einigen Eintrittsparametern ihr Annäherungswert in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

6.5 Maximale zulässige Einfederung.

In der Auswahlliste die zulässige relative Einfederung auswählen.

Bei statisch belasteten Federn sollte die Betriebseinfederung einen Wert von 75 bis 80% der maximalen (vollen) Einfederung [6.19] nicht überschreiten. Bei zyklisch belasteten Federn wird gewöhnlich ein Wert von 50% zugelassen.

6.6 Anzahl der parallelen Teller im Federpaket.

Aufeinander gelegte Teller.

Tipp: Durch parallele Telleranordnung vergrößert sich die Totalfederrate. Zugleich wächst auch die Federtragfähigkeit.

6.7 Anzahl der Pakete in der Federsäule.

Teller bzw. Federpakete gegeneinander zusammengesetzt.

Tipp: Durch serielle Telleranordnung vermindert sich die Totalfederrate.

6.13 Berechnung.

Die Kompliziertheit des Entwurfs der Tellerfedern ermöglicht nicht alle Federparameter in der realen Zeit zu Ende zu berechnen. Deshalb ist es nötig nach jeder Änderung der Eintrittsangaben die Berechnung manuell zu starten, durch Anklicken der Schaltfläche "Berechnung".

Anmerkung: Solange die Feder nicht berechnet ist, sind bei einigen Austrittsparametern Annäherungswerte (mit dem Zeichen "~"), eventuell keine Werte, angeführt.

6.14 Auswahl der Feder.

In der Auswahlliste finden Sie eine Datenbank der Tellerfedern in den üblich hergestellten Maßen. Die Federmaße sind in der Auflistung in Form "D_e x D_i x t x h" ausgeschrieben.

Anmerkung: Für die Berechnung in den SI-Einheiten sind in der Auflistung Maße, die von der Firma Schnorr GmbH gelieferten Federn angeführt (die mit dem Zeichen "*" gekennzeichneten Federn entsprechen der Norm DIN 2093). Für die Berechnung in den "Imperial"-Einheiten werden die Federn von den Herstellern Key Bellevilles, Inc und WCL company verwendet.

Hinweis: Nach der Auswahl der Feder aus der Auflistung werden passende Werte zur Telleranzahl im Satz [6.6, 6.7] vom Programm automatisch entworfen.

6.15 Aufsuchen der Feder.

Dieser Absatz dient dem automatischen Entwurf (Aufsuchen) der Tellerfeder mit passenden Maßen.

In den Auswahllisten eine zulässige Abweichung vom verlangten Arbeitshub der Feder [6.4] und die maximal zulässige Telleranzahl im Satz einstellen. Nach dem Anklicken der Schaltfläche "Aufsuchen" sucht das Programm die erste Feder in der Auflistung [6.14] aus, die bei der Einhaltung der minimalen Sicherheit die sämtlichen aufgeführten Anforderungen erfüllt. Wenn die ausgewählte Feder nicht Ihren Vorstellungen genügt, klicken Sie zwecks Auffindung einer Feder mit anderen Maßen die Schaltfläche "Weiter suchen" an.

6.22 Maximale zulässige Federbelastung.

Ein theoretisch festgelegter Wert der maximalen Arbeitsbelastung, wo bei der entworfenen Feder die maximale Druckspannung [6.31] die zulässige Grenze [6.30] nicht überschreitet und zugleich die zulässige Einfederung [6.5] bei der entworfenen Feder nicht überschritten wird.

6.29 Festigkeitskontrolle.

Die in einer Tellerfeder entstehende Spannung ist relativ kompliziert. Die maximale Druckspannung entsteht am inneren oberen Rand. An der äußeren unteren Kante entsteht eine Zugspannung. Die maximale Druckspannung dient dabei zur Festigkeitskontrolle der statisch belasteten Federn. Bei den zyklisch (ermüdungs-) belasteten Federn wird der Verlauf der Zugspannungen kontrolliert.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle einer statisch belasteten Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [6.30] mit der maximalen Druckspannung der vollbelasteten Feder [6.31] durchgeführt. Die resultierende Sicherheitszahl [6.34] sollte nicht den empfohlenen Wert [6.33] unterschreiten.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

6.30 Zulässige Druckspannung.

Die zulässige Druckspannung des Federmaterials eingeben.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die zulässige Spannung für das ausgewählte Material [1.6] automatisch eingestellt.

6.33 Empfohlene Sicherheitszahl.

Die empfohlene Sicherheitszahl ist für das ausgewählte Material [1.6] auf Grund der im Absatz [1.21] definierten Betriebsbedingungen abgeschätzt.

6.35 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Anmerkung: Die Parameter des Arbeitszyklus sind nur nach der Durchführung der Federberechnung dargestellt (siehe [6.13]).

Zylindrische Schraubzugfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts. [7]

Zylindrische Federn aus schraubenförmig gewickelten Drähten hergestellt, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren voneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. In der Auflistung geeignete Federausführung wählen. [7.1]
2. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [7.4 - 7.6]
3. In den Eintrittsfeldern [7.8 - 7.10] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [7.11].
4. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
5. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [7.18].
6. In der Auflistung [7.20] die gewünschte Ausführung der Aufhängeöse wählen, in Zeile [7.22] seine Höhe eingeben.
7. In den Zeilen [7.24, 7.25] die entsprechende Federvorspannung (für die vorgespannten Federn) bzw. die Länge der unbelasteten Feder (für die vorspannungsfreien Federn) einstellen.
8. Nach dem Überprüfen passen Sie eventuell die Parameter des Federentwurfes in Absatz [7.2] an.
9. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [7.31]
10. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Empfehlung: Mit Hinsicht auf einen erheblichen Einfluss der Form und Auslegung der Aufhängeösen auf Absenkung der Federstandzeit und auf Unmöglichkeit der vollkommenen Kugelstrahlung der Feder wird nicht empfohlen, zyklischer (Ermüdungs-) Belastung die Zugfedern möglichst zu verwenden. Wenn es nötig ist, eine Zugfeder bei der zyklischen Beanspruchung zu verwenden, ist es geeignet, bei der Feder keine Aufhängeösen zu verwenden, sondern eine andere Ausführung der Federhalterung auszuwählen.

Hinweis: Bei Belastung der Feder mit Aufhängeösen entstehen in der Aufhängeöse Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Deshalb ist es empfehlenswert, diese Federn auch in Hinsicht auf die Beanspruchung der Aufhängeöse zu kontrollieren.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Zugfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

7.1 Federauslegung.

Die Zugfedern werden in zwei grundlegenden Ausführungen verwendet:

1. Die Feder mit Vorspannung.
   Die kaltgeformten Zugfedern werden vorrangig mit einer Vorspannung hergestellt, also mit aufeinander aufliegenden Arbeitswindungen. Die Vorspannung der Feder hat einen wesentlichen Einfluss auf eine Erhöhung der Tragfähigkeit der Feder. Für die Verformung einer Feder auf die verlangte Länge ist es nötig, eine höhere Belastung zu benutzen als bei einer Feder ohne Vorspannung. Die Vorspannung entsteht in den Federwindungen bei Aufwicklung der Feder und deren Größe ist abhängig von dem verwendeten Werkstoff der Feder, dem Wickelverhältnis und der Aufwicklungsweise.
2. Feder ohne innere Vorspannung.
   Wenn es aus technischen Gründen nötig ist, können Zugfedern ohne Vorspannkraft, mit einem Spiel zwischen den Arbeitswindungen verwendet werden. Die Windungsteilung der unbelasteten Feder ist dann gewöhnlich im Bereich 0.2*D < p < 0.4*D.

Anmerkung: Die warmgeformten Federn sind immer ohne Vorspannung hergestellt.

7.2 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

7.11 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung der Laufleisten ist der Federentwurf für das gegebene Wickelverhältnis D/d gestartet worden.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [7.2] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtdurchmesser bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Wickelverhältnis D/d wird der allernächste entsprechende Drahtdurchmesser durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

7.12 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [7.18] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [7.16, 7.17] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Anmerkung: Die hier verwendete Berechnung führt die Festigkeitskontrolle nur für die Spannung in den Arbeitswindungen durch und berücksichtigt auf keine Weise die eventuellen Spannungskonzentrationen in der Aufhängeöse.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

7.20 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Bei Belastung der Feder mit Aufhängeösen entstehen in der Aufhängeöse Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Deshalb wird manchmal eine andere Art der Federaufnahme verwendet.

Anmerkung: Die warmgeformten Federn und die zyklisch belasteten Federn werden gewöhnlich ohne Aufhängeösen verwendet.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

7.22 Höhe der Aufhängeöse.

Die Höhe der Aufhängeöse ist von dem Ösentyp abhängig und für einzelne Ausführungen sind deren empfohlene Grenzen vorgeschrieben. Bei Federn mit keinen Aufhängeösen versteht sich unter diesem Begriff eine Entfernung zwischen dem Ende der Arbeitswindungen und der Stelle der Anbringung der Feder (siehe Abbildung).

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

7.24 Innere Federvorspannung.

Eine Vorspannung entsteht bei der Aufwicklung der Feder und ihre Größe ist von dem verwendeten Werkstoff der Feder, dem Wickelverhältnis und der Wickelweise abhängig. Bei Federn mit einem Spiel zwischen den Windungen ist die Vorspannung gleich null.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die Vorspannung automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [7.23] eingestellt.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

7.25 Länge der unbelasteten Feder.

Bei vorspannungsfreien Federn ist die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einzustellen.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die freie Federlänge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [7.23] eingestellt.

7.31 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Zylindrische Schraubzugfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts. [8]

Zylindrische Federn aus schraubenförmig gewickelten Drähten hergestellt, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren voneinander in deren Achse einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem rechteckigen Drahtquerschnitt werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einer Drahtdicke von mehr als 10 mm eingesetzt.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [8.2 - 8.4]
2. In den Eintrittsfeldern [8.6 - 8.9] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [8.10].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [8.17].
5. In der Auflistung [8.19] die gewünschte Ausführung der Aufhängeöse wählen, in Zeile [8.21] seine Höhe eingeben.
6. Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen. [8.23]
7. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [8.29]
8. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Empfehlung: Mit Hinsicht auf einen erheblichen Einfluss der Form und Auslegung der Aufhängeösen auf Absenkung der Federstandzeit und auf Unmöglichkeit der vollkommenen Kugelstrahlung der Feder wird nicht empfohlen, zyklischer (Ermüdungs-) Belastung die Zugfedern möglichst zu verwenden. Wenn es nötig ist, eine Zugfeder bei der zyklischen Beanspruchung zu verwenden, ist es geeignet, bei der Feder keine Aufhängeösen zu verwenden, sondern eine andere Ausführung der Federhalterung auszuwählen.

Hinweis: Bei Belastung der Feder mit Aufhängeösen entstehen in der Aufhängeöse Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Deshalb ist es empfehlenswert, diese Federn auch in Hinsicht auf die Beanspruchung der Aufhängeöse zu kontrollieren.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Zugfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

8.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

8.10 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für die gegebenen Verhältnisse D/b, b/h gestartet.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [8.1] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtquerschnitt bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

8.11 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [8.17] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [8.15, 8.16] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Anmerkung: Die hier verwendete Berechnung führt die Festigkeitskontrolle nur für die Spannung in den Arbeitswindungen durch und berücksichtigt auf keine Weise die eventuellen Spannungskonzentrationen in der Aufhängeöse.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

8.19 Auslegung der Federenden.

Mit Rücksicht auf eine in der Aufhängeöse entstehende hohe Spannungskonzentration, wird üblich eine andere Art der Aufnahme bei den Federn aus Drähten mit rechteckigem Querschnitt gewählt.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

8.21 Höhe der Aufhängeöse.

Die Höhe der Aufhängeöse ist von dem Ösentyp abhängig und für einzelne Ausführungen sind deren empfohlene Grenzen vorgeschrieben. Bei Federn mit keinen Aufhängeösen versteht sich unter diesem Begriff eine Entfernung zwischen dem Ende der Arbeitswindungen und der Stelle der Anbringung der Feder (siehe Abbildung).

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

8.23 Länge der unbelasteten Feder.

Die entsprechende Länge der unbelasteten Feder einstellen.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die freie Federlänge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [8.22] eingestellt.

8.29 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Spiralfedern. [9]

Eine Feder aus einem flachen Band rechteckigen Querschnitts, das in der Form einer Archimedischen Spirale aufgerollt ist, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, belastet mit einem Drehmoment in der Aufrollrichtung.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [9.2 - 9.4]
2. In den Eintrittsfeldern [9.6 - 9.10] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [9.11].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [9.18].
5. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [9.26]
6. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für Spiralfedern mit fest eingespannten Federenden bestimmt.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Spiralfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

9.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

9.11 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung. Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für die gegebenen Verhältnisse R_i/t, b/t, a₀/t gestartet. Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit die Federbanddicke bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Durch die Berechnung wird die allernächste entsprechende Federbanddicke aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

9.12 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [9.18] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [9.16, 9.17] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

9.26 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Zylindrische Verdrehungsfedern aus Drähten des Kreisquerschnitts. [10]

Zylindrische Federn, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren in der zur Achse senkrechten Ebenen mit einem Drehmoment im Aufroll- oder Abrollsinn einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem Drahtdurchmesser bis zu etwa 16 mm werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einem Drahtdurchmesser von mehr als 10 mm eingesetzt.

Die Verdrehungsfedern werden in zwei grundlegenden Ausführungen hergestellt und zwar entweder mit aufeinander liegenden Windungen oder mit einem Abstand unter den Windungen. Für statisch belastete Federn werden Federn mit anliegenden Windungen bevorzugt angewendet. Die Federn mit einem Spiel unter den Windungen sind für die Benutzung bei zyklischer (Ermüdungs-) Belastung geeignet.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [10.2 - 10.4]
2. In den Eintrittsfeldern [10.6 - 10.8] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [10.9].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [10.16].
5. In der Auflistung [10.18] die gewünschte Ausführung der Federarme auswählen.
6. Eine entsprechende Länge des Federkörpers einstellen. [10.21]
7. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [10.27]
8. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für die im Aufrollsinn belasteten Verdrehungsfedern mit fest eingespannten Arme bestimmt. Die Berechnung berücksichtigt weder den Einfluss der Federabstützung an den inneren oder äußeren Führungsteil noch den der Reibung, die dabei entsteht. Auch wird der eventuelle Einfluss der Reibung unter den Federwindungen nicht berücksichtigt.

Hinweis: Bei den Federn mit gebogenen Arme kommt es in der Biegestelle des Armes zu Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Deshalb ist es empfehlenswert, diese Federn auch in Hinsicht auf die Beanspruchung des Armes zu kontrollieren.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Verdrehungsfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

10.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

10.9 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung der Laufleisten ist der Federentwurf für das gegebene Wickelverhältnis D/d gestartet worden.
• Durch Anklicken der Schaltfläche entwerfen Sie die Feder für den gegebenen Federdurchmesser [10.6]. 

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Drahtdurchmesser bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Wickelverhältnis D/d wird der allernächste entsprechende Drahtdurchmesser durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

10.10 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [10.16] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [10.14, 10.15] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Anmerkung: Die hier verwendete Berechnung führt die Festigkeitskontrolle nur für die Spannung in den Arbeitswindungen durch und berücksichtigt auf keine Weise die eventuellen Spannungskonzentrationen in der Federarme.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

10.18 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

10.21 Länge des Federkörpers.

Die entsprechende Länge des Federkörpers einstellen.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die Länge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [10.20] eingestellt.

10.25 Maße der vollbelasteten Feder.

Bei einer funktionellen Verformung (Schwenken des Armes) einer Verdrehungsfeder kommt es zu einer Änderung ihrer Maße. Bei einer im Aufrollsinn beanspruchten Feder verkleinert sich ihr Durchmesser. Bei einer Feder mit anliegenden Windungen kommt es zugleich zum Anwachsen ihrer Länge

10.27 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Zylindrische Verdrehungsfedern aus Drähten des rechteckigen Querschnitts. [11]

Zylindrische Federn, hergestellt aus schraubenförmig gewickelten Drähten, mit einem konstanten Spiel zwischen den aktiven Windungen, geeignet zur Aufnahme der äußeren in der zur Achse senkrechten Ebenen mit einem Drehmoment im Aufroll- oder Abrollsinn einwirkenden Kräfte. Die Federn mit einem rechteckigen Drahtquerschnitt werden üblich kalt aufgewickelt. Das Warmformen wird für die Produktion hochbeanspruchter Federn größerer Abmessungen mit einer Drahtdicke von mehr als 10 mm eingesetzt.

Die Verdrehungsfedern werden in zwei grundlegenden Ausführungen hergestellt und zwar entweder mit aufeinander liegenden Windungen oder mit einem Abstand unter den Windungen. Für statisch belastete Federn werden Federn mit anliegenden Windungen bevorzugt angewendet. Die Federn mit einem Spiel unter den Windungen sind für die Benutzung bei zyklischer (Ermüdungs-) Belastung geeignet.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [11.2 - 11.4]
2. In den Eintrittsfeldern [11.6 - 11.9] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [11.10].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [11.17].
5. In der Auflistung [11.19] die gewünschte Ausführung der Federarme auswählen.
6. Eine entsprechende Länge des Federkörpers einstellen. [11.22]
7. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [11.28]
8. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Anmerkung: Diese Berechnung ist für die im Aufrollsinn belasteten Verdrehungsfedern mit fest eingespannten Arme bestimmt. Die Berechnung berücksichtigt weder den Einfluss der Federabstützung an den inneren oder äußeren Führungsteil noch den der Reibung, die dabei entsteht. Auch wird der eventuelle Einfluss der Reibung unter den Federwindungen nicht berücksichtigt.

Hinweis: Bei den Federn mit gebogenen Arme kommt es in der Biegestelle des Armes zu Spannungskonzentrationen, die wesentlich höher sein können als die berechnete Spannung in den Federwindungen. Deshalb ist es empfehlenswert, diese Federn auch in Hinsicht auf die Beanspruchung des Armes zu kontrollieren.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Verdrehungsfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

11.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

11.10 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für die gegebenen Verhältnisse D/t, b/t gestartet.
• Durch Anklicken der Schaltfläche entwerfen Sie die Feder für den gegebenen Federdurchmesser [11.6].

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit die Drahtdicke bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Wickelverhältnis D/t wird die allernächste entsprechende Drahtdicke durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

11.11 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [11.17] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [11.15, 11.16] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Anmerkung: Die hier verwendete Berechnung führt die Festigkeitskontrolle nur für die Spannung in den Arbeitswindungen durch und berücksichtigt auf keine Weise die eventuellen Spannungskonzentrationen in der Federarme.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

11.19 Auslegung der Federenden.

In der Auflistung die gewünschte Ausführung der Federenden auswählen.

Tipp: Nähere Informationen lassen sich im theoretischen Teil der Hilfe finden.

11.22 Länge des Federkörpers.

Die entsprechende Länge des Federkörpers einstellen.

Anmerkung: Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist die Länge automatisch im Bereich der empfohlenen Werte [11.21] eingestellt.

11.26 Maße der vollbelasteten Feder.

Bei einer funktionellen Verformung (Schwenken des Armes) einer Verdrehungsfeder kommt es zu einer Änderung ihrer Maße. Bei einer im Aufrollsinn beanspruchten Feder verkleinert sich ihr Durchmesser. Bei einer Feder mit anliegenden Windungen kommt es zugleich zum Anwachsen ihrer Länge

11.28 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Drehstabfedern mit rundem Querschnitt. [12]

Federn nach dem Prinzip der durch Verdrehung belasteten langen schlanken Stäbe eines kreisförmigen Querschnitts. Bei den Stäben wird am häufigsten eine Kerbverzahnung zur Befestigung der Enden verwendet. Manchmal wird eine der Seiten mit einem Prisma der leichteren Aufnahme wegen, beendet.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [12.2 - 12.4]
2. In den Eintrittsfeldern [12.6, 12.7] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [12.8].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [12.15].
5. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [12.16]
6. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Anmerkung: Die Drehstabfedern müssen gegen eine Biegungsbeanspruchung gesichert sein.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Drehstabfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

12.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

12.8 Optimierung der Feder.

Durch Anklicken der Schaltfläche entwerfen Sie die Feder der entsprechenden Maße. Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit der Stabdurchmesser bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Durch die Berechnung wird der allernächste entsprechende Stabdurchmesser aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

12.9 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [12.15] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [12.13, 12.14] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

12.16 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Drehstabfedern mit rechteckigem Querschnitt. [13]

Federn nach dem Prinzip der durch Verdrehung belasteten langen schlanken Stäbe eines rechteckigen Querschnitts.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [13.2 - 13.4]
2. In den Eintrittsfeldern [13.6 - 13.8] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [13.9].
3. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
4. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [13.16].
5. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [13.17]
6. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Anmerkung: Die Drehstabfedern müssen gegen eine Biegungsbeanspruchung gesichert sein.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Drehstabfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

13.1 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

13.9 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung der Laufleisten ist der Federentwurf für das gegebene Verhältnis b/t gestartet worden.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [13.1] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit die Stabdicke bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Verhältnis b/t wird die allernächste entsprechende Stabdicke durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

13.10 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [13.16] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [13.14, 13.15] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

13.17 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Einfache Blattfedern mit konstanten Profil. [14]

Federn auf dem Prinzip der auf Biegung belasteten langen schlanken Träger des rechteckigen Querschnitts. Sie werden entweder als einarmige (auf einem Ende eingespannte), oder als doppelarmige (beiderseits aufliegende) verwendet. Es sind die Federn mit einer rechteckigen, dreieckigen oder Trapezform zu verwenden.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. In den Auflistungen [14.1, 14.2,] die entsprechende Ausführung und Form der Feder auswählen.
2. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [14.4 - 14.6]
3. In den Eintrittsfeldern [14.8 - 14.11] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [14.12].
4. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
5. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [14.19].
6. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [14.20]
7. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Empfehlung: Die Verformungsgröße (Durchbiegung) der Feder sollte einen Wert von etwa 30% der funktionellen Federlänge nicht überschreiten. Bei Federn mit einer größeren Durchbiegung kann sich die tatsächliche Verformungsgröße deutlich von den theoretisch festgelegten Werten unterscheiden.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Blattfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

14.3 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

14.12 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für das gegebene Verhältnis L/b gestartet.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [14.3] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit die Federblattdicke bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Verhältnis L/b wird die allernächste entsprechende Federblattdicke durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

14.13 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [14.19] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [14.17, 14.18] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

14.20 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Einfache Blattfedern mit Parabelprofil. [15]

Federn auf dem Prinzip der auf Biegung belasteten langen schlanken Träger des rechteckigen Querschnitts. Sie werden entweder als einarmige (auf einem Ende eingespannte), oder als doppelarmige (beiderseits aufliegende) verwendet. Federn mit einer rechteckigen Form, manchmal werden Federn verwendet mit einer Verstärkung von Mitte und Ende des Blattes.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Entsprechende Ausführung und Form der Feder einstellen. [15.1]
2. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [15.3 - 15.5]
3. In den Eintrittsfeldern [15.7 - 15.11] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [15.12].
4. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
5. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [15.19].
6. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [15.20]
7. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Empfehlung: Die Verformungsgröße (Durchbiegung) der Feder sollte einen Wert von etwa 30% der funktionellen Federlänge nicht überschreiten. Bei Federn mit einer größeren Durchbiegung kann sich die tatsächliche Verformungsgröße deutlich von den theoretisch festgelegten Werten unterscheiden.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Blattfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

15.2 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

15.12 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung der Laufleisten ist der Federentwurf für das gegebene Verhältnis L/b gestartet worden.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [15.2] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit die Federblattdicke bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Verhältnis L/b wird die allernächste entsprechende Federblattdicke durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

15.13 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [15.19] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [15.17, 15.18] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

15.20 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Geschichtete Blattfedern. [16]

Federn auf dem Prinzip der auf Biegung belasteten langen schlanken Trägerpakete des rechteckigen Querschnitts.

Entwurfsvorgang der Feder:

1. Aus der Auflistung [16.1] die entsprechende Form der Federblätter auswählen.
2. Die gewünschten Parameter des Arbeitszyklus (Arbeitsbelastung und Federhub) eingeben. [16.3 - 16.5]
3. In den Eintrittsfeldern [16.7 - 16.11] die vorläufigen Federmaße einstellen, verwenden Sie eventuell eine der Entwurfsfunktionen (Optimierungsfunktionen) der Berechnung [16.12].
4. Auf Grund der empfohlenen weiter berechneten Werte (grüne Zellen) die Federmaße so anpassen, dass die berechnete Federarbeitsbelastung und der Federhub so gut wie möglich den geforderten Werten entsprechen.
5. Bei der entworfenen Feder die berechnete Sicherheitszahl kontrollieren [16.19].
6. Die Parameter des Arbeitszyklus der Feder kontrollieren. [16.20]
7. Die zyklisch (ermüdungs-) belastete Feder weiter im Kapitel [17] kontrollieren.

Empfehlung: Die Verformungsgröße (Durchbiegung) der Feder sollte einen Wert von etwa 15% der funktionellen Federlänge nicht überschreiten. Bei Federn mit einer größeren Durchbiegung kann sich die tatsächliche Verformungsgröße deutlich von den theoretisch festgelegten Werten unterscheiden.

Anmerkung: Diese Berechnung berücksichtigt nicht den Einfluss der Reibung zwischen einzelnen Federblättern.

Tipp: Ausführliche Informationen über die Berechnung der Blattfedern finden Sie im theoretischen Teil der Hilfe.

16.2 Entwurf der Feder.

Der in dieser Tabelle verwendete Entwurfsvorgang gestattet, die Federmaße mit einem bestimmten Freiheitsgrad zu definieren. Deshalb ist hier sein genauer Wert für jeden von seinen Eintrittsparametern in der realen Zeit berechnet, der den anderen Federparametern entspricht. Diese Werte sind in den grünen, rechts von den Eintrittszellen angeordneten Feldern dargestellt. Den berechneten Wert übertragen Sie in die Eintrittszelle mit Hilfe der zutreffenden Schaltfläche "<".

16.7 Anzahl der durchgehenden Federblätter.

Durchgehende Federblätter in voller Länge, rechteckiger Form mit Konstantprofil. Diese Blätter werden zu einer Feder aus zwei Gründen hinzugefügt:

• Wegen der Erhöhung der Federrate und der Tragfähigkeit der Feder
• Diese sind oftmals mit Federaugen versehen

16.12 Optimierung der Feder.

Die in diesem Absatz angebrachten Steuerelemente dienen dem Start der Entwurf- (Optimierungs-) Funktionen der Berechnung.

• Durch Bewegung irgendeiner der Laufleisten wurde der Federentwurf für das gegebene Verhältnis L/b und die Anzahl der Federblätter gestartet.
• Durch Anklicken der zutreffenden Schaltfläche entwerfen Sie die Feder bei Einhaltung der Größe der im Absatz [16.2] ausgewählten Federmaße.

Beim Federentwurf bemüht sich die Berechnung die Maße so zu optimieren, damit die Federblattdicke bei Einhaltung der verlangten Sicherheit [1.27] möglichst klein ist.

Anmerkung: Beim Federentwurf für ein Verhältnis L/b wird die allernächste entsprechende Federblattdicke durch die Berechnung aus der bevorzugten Reihe ausgewählt.

16.13 Kontrolldaten.

In diesem Absatz sind Ergebnisse der Festigkeitskontrolle der entworfenen Feder angeführt. Die Kontrolle wird durch Vergleich der zulässigen Spannung des verwendeten Materials [1.20] mit der Spannung der vollbelasteten Feder vorgenommen. Die resultierende Sicherheitszahl [16.19] sollte nicht den verlangten Wert [1.27] unterschreiten.

In den Zeilen [16.17, 16.18] sind theoretische Werte der maximalen Arbeitsbelastung und des Arbeitshubes der Feder berechnet, bei denen die verlangte Sicherheitszahl noch eingehalten ist.

Hinweis: Eine zyklisch belastete Feder ist auch in Hinsicht auf eine eventuelle Schädigung durch Ermüdungsbelastung zu kontrollieren - siehe Kapitel [17].

16.20 Parameter des Arbeitszyklus.

In diesem Absatz sind die grundlegenden Arbeitsparameter der entworfenen Feder im Vorspannungszustand (Index 1), im vollbelasteten (Index 8) und im Grenzzustand (Index 9) angeführt.

Parameterbedeutung:

Kontrolle der Tragfähigkeit der zyklisch belasteten Feder. [17]

In diesem Absatz wird die Festigkeitskontrolle der zyklisch (ermüdungs-) belasteten Federn durchgeführt, also Federn mit einer Standzeitanforderung von mehr als 10⁵ Arbeitszyklen. Die eigentliche Kontrolle der Feder wird durch Vergleich der maximalen Ermüdungsfestigkeit des verwendeten Materials [17.8] mit der Spannung der vollbelasteten Feder [17.4] durchgeführt.

Kontrollverfahren

1. In der Auflistung [17.1] den entsprechenden Federtyp auswählen
2. Die verlangte Standzeit der Feder [17.2] wählen.
3. Die Ermüdungsfestigkeit des Materials der Feder [17.6] eingeben.
4. Die Sicherheitszahl der entworfenen Feder gegenüber einer Schädigung durch Ermüdungsbelastung [17.10] kontrollieren.

Wenn die Feder die Festigkeitskontrolle nicht besteht, ihren Entwurf bei Einhaltung der folgenden Empfehlungen wiederholen:

• Einen Werkstoff mit der höchsten Festigkeit verwenden, der für eine dynamische Beanspruchung geeignet ist (siehe [1.7],)
• die Feder ist mit einem höheren (überdimensionierten) statischen Sicherheitsmaß [1.27] zu entwerfen
• die Feder mit einem möglichst kleinen Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Belastung entwerfen

17.2 Verlangte Standzeit der Feder.

Bei zyklisch belasteten Federn werden zwei Bereiche der Ermüdungsbelastung der Feder unterschieden. Im ersten Bereich, mit einer begrenzten Standzeit der Feder (die Standzeit unterschreitet zirka 10⁷ Arbeitszyklen), nimmt die Dauerfestigkeit der Feder mit der wachsenden Anzahl der Arbeitszyklen ab. Im Bereich der unbegrenzten Standzeit (die verlangte Standzeit überschreitet 10⁷ Arbeitszyklen) bleibt schon die Dauerfestigkeit des Werkstoffes und damit auch die Festigkeit der Feder beinahe konstant.

17.6 Grenzwert der Ermüdungsfestigkeit.

Die maximale zulässige Spannung des Federmaterials für die schwellende Belastung und die unbegrenzte Standzeit eingeben. Wenn das Ankreuzfeld rechts vom Eintrittsfeld angekreuzt ist, ist hier der für das ausgewählte Material [1.6] und die oberflächliche Federbearbeitung [1.26] angegebene Minimalwert der Ermüdungsfestigkeit automatisch eingestellt.

Hinweis: Die Größe der Ermüdungsfestigkeit ist gewöhnlich nicht nur von den Materialeigenschaften sondern auch von der Größe des beanspruchten Teiles abhängig. Mit sich vermindernden Teilmaßen wächst die Ermüdungsfestigkeit. Deshalb empfehlen wir im Fall der Finalberechnungen, die Materialfestigkeit mit Rücksicht auf die entworfenen Federmaße nach dem Materialblatt oder der Herstellerspezifikation festzulegen.

17.8 Ermüdungsfestigkeit der Feder für die gegebene Belastung.

Die maximale Ermüdungsfestigkeit der Feder ist auf Grund der Ermüdungsfestigkeit des gewählten Werkstoffes und des gegebenen Belastungsverlaufs der Feder aus dem zutreffenden Ermüdungsdiagramm von Goodman festgelegt.

17.9 Empfohlene minimale Sicherheitszahl.

Die empfohlene Sicherheitszahl ist für das ausgewählte Material [1.6] auf Grund der im Absatz [1.21] definierten Betriebsbedingungen abgeschätzt.

Anmerkung: Der hier angeführte Wert bezieht nicht irgendwelche andere Einflüsse ein, wie z. B. die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Eintrittsinformationen, Wichtigkeit der Anlage, Produktionsqualität usw.

Einstellung der Berechnungen, Sprachenänderung.

Die Informationen über die Einstellung der Berechnungsparameter und der Spracheneinstellung finden Sie im Dokument "Einstellung der Berechnungen, Sprachenänderung".

Benutzerspezifische Anpassungen der Berechnung.

Die allgemeinen Informationen darüber, wie man die Berechnungshefte ändern und erweitern kann, sind im Dokument "Benutzerspezifische Anpassungen der Berechnung" aufgeführt.