Federn Auslegung

Federn Auslegung

Für die Berechnung einer Druckfeder/zugfeder müssen mehrere Dinge bekannt sein:

  • Die maximale Kraft, die die Feder ausüben soll ( Fn )
  • Der Durchmesser der Feder hängt oft vom Einbauraum (Dm) ab
  • Der maximale Weg, den die Feder zurücklegen muss ( fn )

Die Federkonstante (c) ist die Kraft, die eine Feder pro mm Eindrückung (Dehnung bei Zugfedern) ausübt. Diese Kraft ist bei zylindrischen Federn direkt proportional (siehe Diagramm).

Die maximale Kraft, die die Feder ausübt, ist somit Fn. Hat die Feder eine bestimmte Vorspannung, wird sie üblicherweise als F1 bezeichnet. Der Wert Fn ist entscheidend für die Ausführung der Feder.

Zugfedern haben auch eine bestimmte Vorspannkraft; dies ist Kraft, die zum Zusammenziehen der Windungen erforderlich ist. Die Vorspannkraft (Fo) ist je nach Federdurchmesser 5 % bis 15 % von Fn.

unter dem Wert Dm wird der mittlerer Windungsdurchmesser verstanden, De ist der Außendurchmesser und Di der Innendurchmesser. Für die Berechnung von Federn ist nur der Wert Dm wichtig. Dieser Dm kann sehr einfach ermittelt werden, indem der Wert De gemessen und der Drahtdurchmesser (d) davon subtrahiert wird.

Dm = De – d

mit Nw ist die Anzahl der federnden Federwindungen gemeint. Bei einer Zugfeder kann die Anzahl der federnden Windungen einfach durch Messung der Körperlänge und Teilen durch den Drahtdurchmesser (d) bestimmt werden.

Hinweis: Bei der letzten Windung wird zwar der Drahtdurchmesser gemessen, aber die Federwindung hören hier auf, so dass es sich nicht um eine zusätzliche Windung handelt.

Die Formel lautet wie folgt: (Lk = Körperlänge Abkürzung)

NW = Lk/d-1

bei einer Druckfeder ist die Feder an den Federenden geschliffen, und auch an der federnden hat die Druckfeder eine abweichende Steigung. Bei Druckfedern bezeichnen wir das als Anlegen. eine Druckfeder wird in der Verarbeitung angelegt und geschliffen.

Berechnung von Zug- und Druckfedern

Die Windung einer Feder können wir schematisch darstellen.

  • Wendung DruckfederA – B = r oder 0,5Dm
  • C – D = r bzw. 0,5Dm

Das entstehende Drehmoment T ist Kraft F x Kraftarm 0,5 Dm ( T = F – Dm / 2)

Der Federdraht kann einen rechteckigen, quadratischen oder runden Querschnitt haben. Bei Federn, die in einen kompakten Raum eingebaut sind und einer großen Kraft standhalten müssen, Wie z.B. die Stempelfedern von Alcomex, ist der Federdraht rechteckig. Die übrigen Zug- und Druckfedern sind fast ausschließlich aus Rund Draht gefertigt. Der Widerstandsquerschnitt gegen Torsion wird mit Ww angegeben.

  • Ww berechnet sich nach der Formel: Ww=  π/16 *d^3
  • Die Formel zur Bestimmung der Torsionsspannung ist: τw = T / Ww
  • für T können wir auch schreiben: T = F * Dm / 2
  • Ip (Polares Trägheitsmoment) = π/32*D^4
  • Länge Windung l: π * Dm
  • Winkelversatz = (F * Dm / 2) * (π * Dm / G * d^4)

Die Eindrückung einer Windung stimmt fast mit der Bewegung durch Winkelversatz überein. dann können wir sagen, dass der Federweg einer Windung übereinstimmt mit: Winkelversatz * Dm / 2

  • Eine Feder hat mehr als eine Windung; die Anzahl der federnden Windungen bezeichnen wir mit nw. Der gesamte Federweg bei Kraft F wird somit: s = 8 * F * Dm^3 * nw / G *d^4
  • Die resultierende Torsionsspannung: τw = 8 * F * Dm / π * d^3
  • Federkonstante : R = G * d^4 / 8 * Dm^3 * nw
  • nw = G * f * d^4 / 8 * F * Dm^3

Symbole:

  • τw = Torsionsspannung (N/mm²)
  • Dm = mittlerer Windungsdurchmesser (mm)
  • F = Federkraft (N)
  • G = Schubmodul (N/mm2)
  • d = Federdraht-Durchmesser (mm)
  • nw = Anzahl federnde Windungen
  • f = Federweg (mm)
  • c = Federkonstante (N/mm)

Diese Formeln werden in der Federberechnung auf der Alcomex Webseite verwendet. Normalerweise ist die kraft, die ausgeübt werden soll bekannt. Der Federweg – bei einer Druckfedern der Druck, bei einer Zugfeder die Dehnung – ist in der Regel ebenfalls bekannt. mit der Bestimmung des Drahtdurchmessers ist näherungsweise bekannt, in welchen Raum die Feder passt. Das Windungsverhältnis einer Feder Dm / d darf nicht kleiner als 4 und nicht größer als 15 sein. Manchmal muss ein Federdurchmesser Groß sein und ergibt sich ein Windungsverhältnis größer als 15. in diesem Fall wenden Sie sich bitte an einen technischen Berater von Alcomex.

Schenkelfedern 

Schenkelfedern sind ein weitverbreitetes Produkt in der Federn Familie. Durch die spezielle Konstruktion und Bauweise ist die Schenkelfeder in sehr vielen Einsatzbereichen und Industrien ein zu setzten. Durch die verschiedensten Möglichkeiten der Auslegung dieses Federtyps ist es nicht verwunderlich das diese Feder in den meisten Fällen nach Kundenwunsch gefertigt und entwickelt wird. Die Kräfte in den Schenkeln aber auch die Anzahl der Windungen, sowie die Drahtstärke geben hier eine Vielfalt von Möglichkeiten für uns als Federnproduzent aber auch für Sie als Kunden.

Berechnung Schenkelfedern

  • Biegespannung: σ = 32 * M / π * d^3
  • Anzahl federnden Windungen: nw = d^4 * E * α * π / 360 * 32 * Dm * M
  • Federkonstante: R = d^4 * E * π / 360 * 32 * Dm * nw
  • Drehwinkel: α = 360 * 32 * Dm * M * nw / E * d^4 * π
  • Drehmoment: M = π * d^3 * σ / 32

Symbole

  • σ b = Biegespannung ( N/mm^2)
  • Dm = Mittlerer Windungsdurchmesser (mm)
  • M = Moment (Nmm)
  • E = Elastizitätmodul (N/mm^2)
  • D = durchmesser Federdraht (mm)
  • Nw = Anzahl federnde Windungen
  • α = Drehwinkel ( ° )
  • R = Federkonstante (N/ ° )
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